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Metall-Organische Rahmenwerke (MOFs)

Metallorganische Rahmen sind eine Klasse hochgeordneter kristalliner poröser Materialien, die aus Metallionen oder Metallclustern als Knoten gebildet und durch organische Liganden verbunden sind. Aufgrund ihrer extrem hohen spezifischen Oberfläche, ihrer verstellbaren Porengrößenstruktur und ihrer hoch designbaren chemischen Zusammensetzung und Oberflächenfunktionalisierung haben MOFs ein breites Forschungs- und Anwendungspotenzial in den Bereichen Gasspeicherung und -trennung, Katalyse, Sensorisierung, biomedizinische Materialien und Energiespeicherung gezeigt.

(1) Gasspeicherung und -trennung: MOFs zeichnen sich besonders im Bereich der Gasadsorption und -trennung aus, insbesondere bei der Speicherung und selektiven Trennung von Wasserstoff, Methan und Kohlendioxid. Die Adsorptionsleistung wird hauptsächlich von der spezifischen Oberfläche, dem Porenvolumen, der Porengrößenverteilung und der Gas-Skelett-Wechselwirkungsstärke beeinflusst. Die Ergebnisse zeigen, dass die Adsorptionswärme und Speicherkapazität des Zielgases von MOF durch Regulierung des Metallknotens und der organischen Ligandenstruktur erheblich optimiert werden können. Beispielsweise weisen MOFs wie PCN-14 eine hohe Methanspeicherkapazität unter mittleren und hohen Druckbedingungen auf, was sie potenziell wertvoll für die Speicherung und den Transport von Erdgas macht.

(2) Katalyse und Elektrokatalyse: MOFs und ihre Derivate haben im Bereich der Katalyse breite Aufmerksamkeit erhalten. MOFs selbst können als katalytische Einpunkt- oder Mehrstandort-katalytische Plattformen mit gut definierten Strukturen verwendet werden, und ihre Metallknoten, Liganden und Defektstellen können an katalytischen Reaktionen teilnehmen. Gleichzeitig sind MOFs auch wichtige Vorläufer für die Herstellung poröser Kohlenstoff-, Metall-/Metalloxid-Verbundkatalysatoren. Im Bereich der Elektrokatalyse wurden MOFs und MOF-abgeleitete Materialien in Systemen wie Wasserstoffentwicklung (HER), Sauerstoffentwicklung (OER) und Sauerstoffreduktion (ORR) verwendet, wobei MOF-abgeleitete Katalysatoren mit polymetallischen Knoten oder die Einführung von Heteroatomen in der Regel eine bessere Aktivität und Stabilität zeigen. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die Leitfähigkeit von MOFs meist gering ist und tatsächliche elektrokatalytische Anwendungen oft auf strukturellen Regulierungs- oder Derivatisierungsstrategien basieren, um ihre elektrochemischen Eigenschaften zu verbessern.

(3) Biosensing und Arzneimittelabgabe: Aufgrund ihrer guten Porenstrukturkontrolle und Funktionalisierungsmerkmale wurden MOFs auch im Bereich Biosensing und Arzneimittelabgabe umfassend untersucht. Durch die Einführung fluoreszierender Sonden, Enzyme oder funktioneller Nanomaterialien können MOFs verwendet werden, um Biomoleküle wie ATP, Ionen oder kleine Molekülmetaboliten zu erkennen und abzubilden. Darüber hinaus weisen einige MOFs, wie ZIF-8, unter physiologischen Bedingungen eine kontrollierbare strukturelle Stabilität und pH-responsives Verhalten auf, was sie zu potenziellen Trägermaterialien für Arzneimittelträger macht. Der Großteil der relevanten Forschung konzentriert sich auf In-vitro-Experimente und Modellsysteme, deren Biosicherheit und langfristige Stabilität weiterhin systematisch bewertet werden müssen.

(4) Energiespeicherung und photothermische Anwendungen: MOFs und ihre Derivate zeigen auch Forschungspotenzial in den Bereichen Superkondensatoren, Batterieelektrodenmaterialien und photothermische Umwandlung. Durch den Bau mehrstufiger Porenstrukturen oder das Einführen leitfähiger Bauteile können MOF-abgeleitete Materialien eine hohe spezifische Kapazität und gute zyklische Stabilität erreichen. Im Bereich der photothermischen Diagnose und Behandlung werden MOFs hauptsächlich als funktionelle Träger oder Verbundkomponenten eingesetzt, und ihre praktische Anwendung befindet sich noch in der Explorationsphase.

Reguläres Produktsortiment:

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