新型多孔材料的合成及应用研究进展

新型多孔材料具有孔径可调节、高比表面积和可功能化设计等特点，通过不同需求对其进行结构设计和化学修饰，能够得到各种形貌和性能的新型材料，使得其在吸附与分离、储能和催化等多个领域具有较好的应用潜能。介绍有机多孔材料(HCPs、PIMs、COFs、CMPs)和有机-无机杂化多孔材料(MOFs)的合成方法及其在物质吸附分离与催化领域的研究应用，并对今后的研究热点及发展趋势进行展望。     

微流控制备金属/共价有机框架功能材料研究进展

近年来,金属有机框架(MOFs)和共价有机框架(COFs)等多孔材料因其结构单元的多样性和可设计性,不仅可以构筑具有多样化拓扑类型和化学物理性质的骨架结构,还可以精准调节结构中孔道的形状、大小和孔径分布,在气体吸附与分离、催化和化学传感等方面展现出广泛的应用价值。然而传统间歇式合成方法中相际间缓慢的微观传递过程,不利于材料的连续均一制备。近年来,微流控技术连续操作、精准可控、传递效率高和高度可重复性等特点在纳米材料制备领域体现了独有的优势。本文综述了近年来利用微流控技术制备MOF和COF材料的研究成果,重点介绍微流控强化合成过程,实现快速制备MOF和COF功能材料,以及通过微流体精准调控多孔材料微结构的研究工作。     

疏水性金属-有机骨架材料的研究进展

金属-有机骨架（metal-organic frameworks, MOFs）材料是一种由金属离子和有机配体通过自组装形成的新型多孔材料,具有优异的物理及化学性能,因而在气体吸附储存、气体分离以及工业催化等方面表现出良好的应用潜力。但在应用的过程中,无处不在的水分子会影响MOFs骨架的稳定性和吸附性能,极大地制约了其实际应用。本文介绍了近年来疏水性MOFs材料的研究进展,重点论述了金属离子和有机配体对调控MOFs亲疏水性的影响以及通过配体后修饰和疏水性物质复合等提高疏水性的方法,分析了MOFs材料的亲疏水性机理,同时提出了实验结合计算机模拟技术筛选疏水性MOFs的手段。最后,指出目前疏水性MOFs材料合成存在的问题及解决方法,期望为今后拓宽MOFs材料在高湿环境中的应用提供一些有用的参考。     

烧结金属有机骨架材料制备多孔材料及其应用

金属有机骨架材料(MOFs)作为近十年来新兴的配位化合物,具有有序的孔道结构、大比表面积、高的空隙率和,其结构和性质可调性,可应用于气体储存和分离、催化等方面。但是由于MOFs相对较差的稳定性,其大规模工业应用受到限制。目前,研究们试图将其这一缺点利用起来,如将MOFs进行烧结,将裂解后的材料用于气体吸附、电化学催化、锂电池、传感器、燃料电池中的氧气还原反应等等方面。本文对烧结MOFs制备多孔材料及其应用进行了归纳总结。     

多孔框架材料固定化酶研究进展

金属有机框架材料（MOFs）和共价有机框架材料（COFs）具有多孔性、比表面积大、结构可修饰、孔道可调节、框架可设计、易功能化等优点,是固定化酶的优良载体。本文简要介绍了MOFs和COFs的结构、性能以及功能化方法,主要综述了这两种材料在固定化酶领域的最新研究进展,并对二者进行了比较。MOFs和COFs均具有一维、二维、三维结构,其中三维和少量二维结构呈现多孔性。通过预先修饰法、原位修饰法或后合成修饰法可在MOFs表面引入官能团,固定化酶的方法有包埋法、孔道扩散法和表面固定法,固定化酶的种类丰富;而COFs主要通过后合成修饰法引入官能团,以孔道扩散法或表面固定法固定化酶。最后指出,MOFs的水稳定性和酸碱稳定性较差,COFs的制备条件恶劣,MOFs和COFs固定化酶的重复利用性均较差,今后的发展方向是探索更为有效的修饰策略以提高MOFs的稳定性,开发更为安全的COFs制备方法,以及提高固定化酶的重复利用性。     

MOFs基多孔液体的制备及其应用

多孔液体(Porous Liquids, PLs)是一种结合了多孔固体材料永久孔隙率和液体流动性的新型液体材料,在气体吸附和分离、催化等应用领域中展示出巨大的潜力。金属框架材料(MOFs)因其具有高的比表面积、热和化学稳定性、独特的结构以及制备简单的特点,使其有望成为构筑PLs多孔宿主的最佳候选材料之一。近些年来,基于MOFs(ZIF-8、ZIF-67、UiO-66等)基多孔液体相关研究被陆续报道。首先,介绍了多孔液体的分类;其次,总结了近些年来MOFs基多孔液体的制备以及应用;最后,对MOFs基多孔液体的制备存在的挑战与未来在气体吸附、催化等领域进行了展望与总结。     

磁性有机骨架材料在生物样品前处理中的应用进展

样品前处理是生物样品分析过程中的重要一环,为了去除基质的干扰、富集微量待测物质,通常需要进行合适、高效的前处理。金属有机骨架(MOFs)和共价有机骨架(COFs)是近年来涌现出的两类新型多功能多孔晶体材料,MOFs和COFs因具有比表面积高、孔隙率大、热稳定性好和功能多样化等特点,以及可与磁固相萃取(MSPE)相结合进行有效应用而备受关注。本综述概述了磁性MOFs和COFs的制备方法,总结了磁性MOFs和COFs作为新型吸附剂在生物样品前处理中的应用。此外,还探讨了未来生物样品前处理过程中磁性MOFs和COFs的不足和发展前景,有望促进以磁性MOFs和COFs为新型吸附剂的MSPE领域研究。     

手性共价有机框架合成的研究进展

共价有机框架(COFs)是一类由有机小分子单体通过共价键连接而成的晶型有机多孔材料,具有良好的化学稳定性、规则的孔道和大的比表面积等优点。而手性共价有机框架(CCOFs)在具备以上优势的同时,还因具有特殊的手性环境,在手性分离、手性识别和不对称催化等领域具有广泛的应用。综述了近年来CCOFs的设计原理及合成方法,阐述了该领域仍存在的挑战和未来的机遇。     

共价有机骨架化合物的制备与应用研究进展

共价有机骨架化合物（COFs）是一种由有机单体通过共价键连接形成的、具有周期性网络结构的新型多孔结晶聚合物。共价有机骨架材料具有孔道规则、重量密度低、稳定性能良好以及较大的比表面积等优势,COFs已在气体存储、光电、催化、储能等方面有着广泛的应用。该文主要综述了COFs材料的特点以及它在气体储存与分离、光电、吸附等领域的应用,并与金属有机骨架材料进行了对比,总结了COFs材料的发展现状和存在的问题,并对这种材料的功能和应用范围的拓展进一步做了展望。     

金属有机骨架材料在催化领域的研究进展

金属有机骨架(Metal-organic frameworks)材料属于新一代纳米多孔材料,因其具有比表面积大,孔隙率高,结构及功能多样等特点而被广泛应用于气体吸附与分离、传感器、药物缓释、催化反应等领域中.尤其在催化领域,与传统无机材料相比,MOFs因其含有有机配体组分,可以通过有机转化引入各种有机官能团;因其具有多孔性,可以同时实现材料表面与内部的改性,比无机材料只能表面改性更具优势,MOFs作为催化材料为催化领域的发展提供了新的思路.本文综述了MOFs材料作为催化材料的特点和的合成方法以及应用,并对今后的发展进行了展望.     

Progress of superhydrophobic porous materials

Porous materials such as metal organic framework materials (MOFs), covalent organic framework materials (COFs), organic porous polymers (POPs), etc., have been used widely used in the fields of separation, catalysis, gas storage and drug release due to their diversity, designability, controllability and functionalization of pores. Despite these promising applications, some of the porous materials suffer from moisture-sensitivity and instability in aqueous media due to their inherent structural features. To overcome this problem, endowing them with hydrophobicity is an effective strategy. However, designing superhydrophobic porous materials has certain challenges. In this work, the progress of MOFs, COFs and POPs with (super-)hydrophobic property is introduced. Issues related to their design strategy, structures, and practical applications such as catalysis, oil/water separation and gas storage and separation were analyzed. Additionally, the current problems and the future research directions of the hydrophobic porous materials were discussed.     

共价有机框架材料的最新进展

共价有机框架材料（covalent organic frameworks，COFs）是一类新兴的材料，是一种由有机构筑基元构成并用可逆的共价键进行连接、具有结晶性和周期性的多孔材料。因为这种材料比表面积大、密度低，拥有多样性的结构、优秀的热稳定性及孔道易修饰等优点，越来越受到人们的关注。本文综述了近年来COFs的最新发展动态，将其按照基底材料不同进行分类，介绍COFs在储能、光电、催化、生物医药等方面的应用和发展，包括气体的吸附和存储、材料的光电导性、催化反应进行的性能、手性分离和药物缓控释等；讨论了COFs结构的表征以及相比于其他材料所具有的优越特性。最后指出COFs未来发展趋势是合成具有高度稳定性、结构可控、成本低廉的功能性材料，并对其在实际中的应用前景进行展望。     

金属有机框架材料的绿色合成

金属有机框架化合物（Metal-organic frameworks,简称MOFs）是由金属离子（或簇）与有机配体配位并经由自组装而形成的一类多孔材料^[1]。MOFs具有极其发达的孔道结构,比表面积和孔容远超其他多孔材料。有机/无机杂化这一特点也赋予了MOFs其他材料（例如沸石、活性炭等）所不具备的无限结构功能可调性^[2]。此外,MOFs具有移除客体分子而主体框架完好保持的持久孔道或孔穴,这使得MOFs具有超乎寻常的化学及物理稳定性。正是基于以上这些特点,MOFs在许多领域有着丰富的应用^[3-4],例如催化^[5]、H₂储存^[6]、CO₂捕集^[7]、药物运输^[8]、污染物吸附^[9]、生物医学成像^[10]等方面。MOFs的商业化探索成为了目前的热点。MOFs的很多应用都与可持续发展及“绿色材料”有关,但MOFs本身的合成过程也需要考虑可持续性和环境影响。金属有机化学所面临的环境挑战是独特的,因为它将金属离子、有机配体的危害联系在一起,且合成过程大多需要大量能耗。主要介绍了金属有机框架材料的绿色可持续合成,主要分为4个方面：1）使用更安全或生物相容性的配体;2）使用更绿色、低成本的金属源;3）绿色溶剂的开发;4）无溶剂合成法。     

多级孔COFs材料的设计、合成及应用

共价有机框架（covalent organic frameworks,COFs）是一类通过共价键连接有机构筑单元设计组装而成的具有周期性二维（2D）或三维（3D）网状结构的多孔有机聚合物,具有高比表面积、低密度、高度有序的周期性结构和易于功能化等特点。与单一孔COFs相比,多级孔COFs具有分级的孔道结构、不同的孔环境、极易接近的活性位、优异的传质和扩散性能,在气体分离和储存、环境治理、光电、生物医药、催化等领域具有更为广阔的应用前景。但由于多级孔COFs合成条件苛刻,其结构多样性仍然十分有限。本文从反应类型、设计策略、合成方法、功能化修饰、应用领域等方面系统地综述了多级孔COFs的研究进展,提出开发更多的单体、键合类型、拓扑结构,拓展更多的修饰手段,充分发挥多级孔结构优势的发展趋势。未来通过不断探索与研究,一定能开发出更多具有新的拓扑结构、不断提高的性能及更多新的应用的多级孔COFs材料,实现多级孔COFs快速、高效、低成本的加工成型,使其在能源、生物、环境、催化等领域发挥出不可替代的作用。     

沸石咪唑骨架膜的制备及其应用进展

近年来,将金属-有机骨架材料(MOFs)和膜基材料结合,制备新型MOFs分离膜成为膜领域研究的热点之一。由于MOFs具有类似分子筛结构和空间拓扑结构,在分离、催化等方面具有潜在的应用前景。沸石咪唑框架材料(ZIFs)作为MOFs中重要分支之一,因其具有优异的热稳定性和化学稳定性被应用于膜分离。本工作重点阐述了原位生长、界面反扩散、逐层组装、二次生长、气相沉积和微流体处理等方法制备ZIFs多晶膜和杂化膜,并系统介绍了ZIFs复合膜在染料与重金属离子去除、气体分离、天然气净化、生物医药和电化学传感中的应用。最后,总结了ZIFs复合膜制备过程中存在的问题和挑战,并对ZIFs复合膜未来研究的方向提出了展望。     

UiO-66的制备、功能化及膜分离研究进展

UiO-66是一种具有优异物理化学稳定性的金属有机骨架（MOFs）材料,近年来引起了研究者们的强烈关注。本文详细介绍了UiO-66的结构,重点探讨了溶剂热法过程中的一系列影响因素,包括使用不同的金属前体,改变合成温度、溶剂、各组分配比以及模板剂等,制备各种性能的UiO-66。针对溶剂热法合成效率较低的问题,介绍了微波合成法、微流控、连续流和无溶剂法等其它UiO-66的制备方法。为了扩大UiO-66的应用范围,对其有机配体进行功能化改性或与其他材料复合改性,具体介绍了改性后UiO-66在气体吸附、水处理、催化、电化学和化学传感等方面的应用。最后综述了利用UiO-66具有多孔特性构建分离膜方面的研究进展,具体阐述了纯UiO-66膜和UiO-66复合膜在气体分离和水处理方面的应用。