金属有机骨架材料简介

作为微观世界的一个长度单位，纳米是人们对微观世界掌控的标志，所以纳米科学技术自诞生之日就一直是人们的研究重点。人们希望通过纳米技术来改变物质的组成和结构，使纳米技术为我们的生活服务。它主要利用物质在纳米尺寸下所产生的特殊特性，重新定义材料功能并予以应用。这是分子生物科学上的又一大进步，同时也给科技的发展和人们的生活提供了各种便利。纳米材料突破了传统已知材料的极限，开拓了新的市场领域。同时，纳米颗粒或者纳米材料将被添加到传统材料中，将赋予这些传统材料与众不同的特点和新的功能。

由于纳米技术可以在微观上改变物质的结构，这就赋予了纳米材料与众不同的结构特点，这也是纳米材料被用于社会各个领域的重要原因。随着科学技术的发展，一种新型的纳米材料——金属有机骨架（Metal-Organic Framework，MOF）材料在20世纪90年代中期出现并在科学界引起巨大的反响。这种新型的纳米材料具有有机和无机成分，因而与普通的纳米材料性能不相同。

虽然具有独特的结构特点，但是金属有机骨架材料在被发现之后并没有很快地得到应用，因为第一代金属有机骨架材料被合成出来后其结构是不稳定的。第一代金属有机骨架材料虽然具有大的孔径，但是其孔径是不稳定的，如果支撑孔径的客体分子被移走，那么整个骨架结构将会瘫痪，这导致制备出来的金属有机骨架材料没有实用价值。这一问题直到1999年美国的Yaghi研究组和日本的Kitagawa研究组合成第二代金属有机骨架材料才得到一定的改善。与第一代金属有机骨架材料相比，第二代的金属有机骨架分子主要是由阴阳离子和中性配体组成，也会有含羧基的有机阴离子配体或者含氮的杂环有机中性配体，配体的改变导致粒子之间配位的方式发生改变，这也改变了金属有机骨架材料的结构缺陷。这一代金属有机骨架材料的骨架比较稳定，不仅移走客体分子后骨架不会发生改变，而且即使施加一定的压力，骨架结构也可以保持。这个时候的金属有机骨架材料才逐渐被应用。2002年，网状金属有机骨架（Isoreticulan Metal-Organic Frameworks，IRMOF）系列材料被Yaghi研究组制备出来，这时的金属有机骨架材料可以达到介孔的级别。但是，人们对金属有机骨架材料的研究并没有停滞不前。2008年，Yaghi研究小组又合成了许多种沸石咪唑酯骨架结构（Zeolitic Imidazolate Frameworks，ZIF）系列材料。新发现的金属有机骨架材料具有分子筛结构，这是金属有机骨架材料发展的一大步。虽然最初制备出的材料存在着一定的问题，但是随着人们的不懈努力，不仅解决了存在的各种问题，而且还发现了新类别的材料，这才使金属有机骨架材料逐渐被应用起来。

金属有机骨架材料是由有机组分与无机组分相结合所制备的，基于这种结构特点，金属有机骨架材料具有独特的优点。

1）种类多。在理论上可以合成无限多种，目前已经合成了5000多种。(www.xing528.com)

2）功能性强。金属有机骨架材料由金属离子和配体组成，如果在合成的过程中改变配体或者金属离子，那么材料将会具有不同的功能。

3）孔隙率和比表面积大，晶体密度小。金属有机骨架材料的骨架结构多种多样，而且骨架之间有大的空间，因此金属有机骨架材料一般都具有较大的比表面积和较小的晶体密度。

4）孔尺寸可调控性强。通过调整无机部分和有机配体的种类，可以产生由超微孔到介孔各种孔尺寸的金属有机骨架化合物，可用于多种分离过程及选择性的催化反应，仿生催化性能。

5）生物相容性。通过采用生物分子作为有机配体和生物相容性的金属离子，可以制备出具有生物相容性的生物金属有机骨架材料，用作生物活性物质或药物的载体。