金属有机框架(MOFs)是一类由金属离子和有机配体构成的晶体多孔材料,因其高比表面积、可调孔径和易功能化的表面特性,在多个领域展现了广泛的应用潜力。
金属有机框架(Metal–Organic Frameworks,MOFs)
金属有机框架是一类由金属离子或金属簇作为节点、通过有机配体连接形成的高度有序晶态多孔材料。由于其超高比表面积、可调孔径结构以及高度可设计的化学组成与表面功能化能力,MOFs 在气体存储与分离、催化、传感、生物医用材料及能源存储等领域展现出广泛的研究和应用潜力。
(1)气体存储与分离:MOFs 在气体吸附与分离领域表现突出,尤其是在氢气、甲烷和二氧化碳的储存与选择性分离方面。其吸附性能主要受比表面积、孔体积、孔径分布及气体–骨架相互作用强度的共同影响。研究表明,通过调控金属节点和有机配体结构,可显著优化 MOF 对目标气体的吸附热与储存容量。例如,PCN-14 等 MOFs 在中高压条件下表现出较高的甲烷储存能力,使其在天然气储运领域具有潜在应用价值。
(2)催化与电催化:MOFs 及其衍生材料在催化领域受到广泛关注。MOFs 本身可作为结构明确的单点或多点催化平台,其金属节点、配体及缺陷位点可参与催化反应;同时,MOFs 也是制备多孔碳、金属/金属氧化物复合催化剂的重要前驱体。在电催化方面,MOFs 及 MOF 衍生材料已被用于析氢反应(HER)、析氧反应(OER)和氧还原反应(ORR)等体系,其中多金属节点或引入杂原子的 MOF 衍生催化剂通常表现出更优的活性和稳定性。需要指出的是,MOFs 本身的电导率通常较低,实际电催化应用中往往依赖结构调控或衍生化策略来提升其电化学性能。
(3)生物传感与药物递送:由于 MOFs 具有良好的孔结构可控性和可功能化特性,其在生物传感和药物递送领域也得到了广泛研究。通过引入荧光探针、酶或功能纳米材料,MOFs 可用于生物分子(如 ATP、离子或小分子代谢物)的检测与成像。此外,部分 MOFs(如 ZIF-8)在生理条件下具有可控的结构稳定性和 pH 响应行为,使其成为潜在的药物载体材料。相关研究多集中于体外实验和模型体系,其生物安全性和长期稳定性仍需系统评估。
(4)能源存储与光热应用:MOFs 及其衍生材料在超级电容器、电池电极材料以及光热转换领域同样展现出研究潜力。通过构筑多级孔结构或引入导电组分,MOF 衍生材料可实现较高的比电容和良好的循环稳定性。在光热诊疗等方向,MOFs 主要作为功能化载体或复合材料的组成单元,其实际应用仍处于探索阶段。
常规产品系列:
A: MI-RZIF-8-2508
B: MI-RZIF-67-2508
C: MI-RFeNi-MOF
D: MI-RHKUST-1
E: MI-RUio-66(Ce)-2508
F: MI-Ti3C2Tx/Cu-MOF
参考文献
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