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  • 2年 之前

构建高比表面积和多孔结构MOF衍生材料的设计策略

由新加坡国立大学John Wang教授团队发表了1篇关于构建具有高比表面积和多孔结构的有机金属框架 (MOF) 衍生材料的设计策略的综述: 因具有比表面积大，孔隙率高等优异的结构特征，以MOF作为模板或前驱体衍生而出的各类功能材料，近年来在能源、水处理、传感器以及生物医学等多个领域都展现出相当可观的应用前景。为了尽可能地缓解在MOF转化为衍生材料的过程中所发生的结构坍塌、比表面积和孔洞损失等问题，研究者们尝试了许多别出心裁的设计策略。这篇综述系统总结了近年来用于优化MOF衍生材料的结构特征的设计策略。本文从热处理和液相处理两大基本的转化过程出发，详细地讨论了在各转化阶段存在的影响因素，然后从“先天”和“后天”这两个角度来分类总结了在提升MOF衍生材料的比表面积和孔隙率的策略上的研究进展。“先天”方面主要包括前驱体MOF中金属节点、有机配体和客体分子的选择和搭配对衍生物的结构产生的深远影响；“后天”方面主要涉及了转化手法和转化过程中各环境因素（如热处理中的温度、气氛，和液相处理时溶液的酸碱性及其它溶液离子的影响等等），最后介绍了这些设计策略在不同领域中的实际应用效果。相关研究成果发表在Journal of Materiomics第7卷第3期。题目为Design Strategies for MOF-derived PorousFunctional Materials: Preserving Surfaces and Nurturing Pores. 您可以点击以下链接免费下载！https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352847820305013

内容概要

金属有机框架材料 (MOFs)作为一类由金属离子/团簇与有机配体组装而形成的多孔晶态材料，在近二十年来吸引了广泛的注意。相比于许多传统材料，MOF具有众多优异的特性，如高比表面积，高孔隙率和多样的孔洞结构，丰富且可调控的元素组成，以及均匀分布的金属位点。这些优势使其不仅作为功能材料本身获得了很多关注，而且更是使MOF作为模板和前驱体被广泛用于其它各类性能优异的多孔材料的合成。由MOF衍生而来的材料具有丰富的多样性，涵盖了多孔碳，金属，金属化合物，以及它们在纳米尺度上种类繁多的复合材料。MOF衍生材料通常一定程度地继承了其母体MOF的形貌特点，因此部分保留了高比表面积、多孔、和活性位点丰富的优势，同时又能具备更胜于MOF的稳定性和导电性。这些特质使MOF衍生材料在许多热门领域（如能源、水处理、传感器以及生物医学等）都展现出相当可观的应用前景。

以MOF作为模板和前驱体来衍生出功能材料的方法为材料的设计与应用注入了许多新鲜的思路，然而在衍生过程中也不可避免地面临一定程度的孔洞坍塌和比表面积的损失——这一问题极大地限制了MOF衍生物优势的发挥。如何尽可能地避免转化过程对结构的破坏，维持MOF衍生物的比表面积和多孔结构，迄今仍是一项艰巨的挑战和研究重点。因此了解转化过程中存在的基本变量并对其加以控制，对于不断优化MOF衍生物的结构特征以及提升相关性能是大有裨益的。

MOF衍生物的性质与母体MOF和转化过程均息息相关。母体MOF相当于衍生物的“先天基因”。采取不同的MOF或者改变其组成部分会直接决定其衍生物能达到的性质，如孔洞结构，颗粒大小等。而转化手法可以看做为“后天的培养”。通过调节转化条件和步骤，可以在一定程度上控制母体MOF各组分的变化来影响最终衍生物的性质。这两个因素共同塑造和影响了MOF衍生物的性质；因此，精确地调控从母体MOF到转化手法的每一个变量，可以高效而精准地设计出丰富的衍生材料。

这篇综述旨在从基础转化原理出发，理清母体MOF-转化过程-衍生产物这三个环节间的密切关联。本文循序渐进的讨论了MOF转化过程中存在的各种变量以及带给最终产物的影响，并着重分类讨论了关于优化MOF衍生材料的结构特征（如比表面积、孔隙率等）的设计策略，以及这些策略在实际应用中的效果。文章末尾还提出了对该领域的展望，欢迎大家浏览阅读。

亮点

  • The pathways leading to, and precursor-process-product correlations in, MOF-derived porous materials are elucidated.
  • Design strategies for improving the structural features of MOF-derived materials are formulated from “nature” to “nurture”.
  • MOF-derived porous materials are discussed for different targeted applications.

Journal of Materiomics（JMAT），是由中国硅酸盐学会和Elsevier合作出版的英文期刊,被SCI和scopus收录，影响因子5.797(Material Science, multidisciplinary Q1分区)，Citescore为8.6，从投稿到在线出版一般在60天以内！

The Journal of Materiomics is indexed by SCI (IF=5.797, rank in Q1 of Material Science, multidisciplinary) and Scopus (Citescore 8.6), aims to provide a continuous forum for the dissemination of research in the general field of materials science, particularly systematic studies of the relationships among composition, processing, structure, property, and performance of advanced inorganic or non-metallic materials. Supported by the Chinese Ceramic Society, the Journal of Materiomics is a peer-reviewed open-access journal.

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