如圖一所示的MOF-5是由Yaghi課題組報(bào)道的經(jīng)典的名為MOF-5的材料，其由簡(jiǎn)稱BDC的對(duì)苯二甲羧酸和簡(jiǎn)稱Zn4O的金屬節(jié)點(diǎn)組成。從微觀上看，8個(gè)節(jié)點(diǎn)和12個(gè)配體會(huì)圍成一個(gè)小立方體，而無(wú)數(shù)的配體和節(jié)點(diǎn)不斷向外延伸，就能像建造大廈一樣建造出一個(gè)巨大的框架結(jié)構(gòu)。

MOF-5的組裝和結(jié)構(gòu)示意圖

MOF擁有晶體結(jié)構(gòu)。晶體的意思就是物質(zhì)內(nèi)部的原子嚴(yán)格按照特定的規(guī)律整齊排列。MOF中的原子和他們圍成的孔道就像一座大廈里的磚瓦和房間，排列得整整齊齊。確定的結(jié)構(gòu)便于科學(xué)家們準(zhǔn)確的探討結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系，某些物理化學(xué)性質(zhì)也必須在原子整齊排列的情況下才會(huì)存在。

MOF的骨架可剛可柔。所謂剛性的骨架，是指在外界條件，如加熱、浸水、酸堿環(huán)境等惡劣條件下，骨架保持結(jié)構(gòu)完整而不坍塌、不變形。而柔性的骨架呢？就如同一座智能機(jī)器一樣，會(huì)隨著外界特定條件的改變，改變自身的形狀。

MOF的內(nèi)表面積極大。內(nèi)表面積是衡量多孔材料內(nèi)部空間的重要的性能參數(shù)。MOF擁有遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)多孔材料（活性炭、沸石等）的內(nèi)表面積，高記錄為每克MOF有7000平方米的內(nèi)表面積，約等于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)的面積。

MOF有著多樣和可控的結(jié)構(gòu)。MOF的兩個(gè)組成部分，有機(jī)配體和金屬節(jié)點(diǎn)，都可以有很多種設(shè)計(jì)和選擇。特別是有機(jī)配體部分，依托現(xiàn)在發(fā)展成熟的有機(jī)合成技術(shù)，幾乎可以得到任何你想要的有機(jī)配體，來(lái)組裝成不同的MOF。有機(jī)合成有多強(qiáng)大？現(xiàn)在這五光十色的世界里的各種塑料、染料、香料、藥物、織物等等非金屬的材料，絕大部分都是有機(jī)合成給人們帶來(lái)的產(chǎn)品。有這樣強(qiáng)大的一門合成化學(xué)為依托，MOF也就擁有了千變?nèi)f化的能力。

MOF的合成過(guò)程，通常稱為“自組裝”。所謂自組裝，可以理解為，化學(xué)家們把組裝MOF的原料，也就是有機(jī)配體和金屬鹽，按照一定的比例在溶液里混合、加熱，這些零件就會(huì)“自動(dòng)”地按照MOF大廈的設(shè)計(jì)圖組裝在一起,而不需要化學(xué)家一磚一瓦的去建造。所以MOF是“自組裝材料”的一種。

MOF的應(yīng)用研究，主要圍繞著其“多孔材料”的身份進(jìn)行。研究得較多的幾個(gè)領(lǐng)域包括，氣體的吸附與分離、化學(xué)感應(yīng)、異相催化和藥物輸送。MOF的內(nèi)部孔道，就仿佛一個(gè)個(gè)小儲(chǔ)氣罐，能夠大量的儲(chǔ)存氣體分子，針對(duì)氫氣、甲烷、二氧化碳的儲(chǔ)存和分離，化學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)和建造了不同的MOF材料，獲得了很好的效果。有些MOF的孔道也可以扮演安檢X光機(jī)的角色，當(dāng)特定的分子進(jìn)入之后，MOF的性質(zhì)特別是熒光性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定分子比如爆炸物分子的探測(cè)。當(dāng)用特定的催化劑分子或者金屬組裝為MOF的時(shí)候，就得到了具有催化功能的MOF。這樣的MOF就如同一座小小的加工廠，以很高的效率和速度把原材料裝載到孔道里進(jìn)行加工得到產(chǎn)物。MOF也可以扮演“緩釋膠囊”的角色，將藥物分子裝載到孔道里，然后在人體內(nèi)緩慢的釋放出來(lái)。

總結(jié)

綜上所述，MOF兼具無(wú)機(jī)材料和有機(jī)材料的特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)、功能和性能都可以在成熟的合成化學(xué)的支持下精確設(shè)計(jì)和調(diào)控。因此MOF材料可以應(yīng)用到各種領(lǐng)域里去。

目前還在實(shí)驗(yàn)室的“溫室”里茁壯成長(zhǎng)的MOF研究，未來(lái)必然要進(jìn)入到工業(yè)生產(chǎn)的領(lǐng)域中接受考驗(yàn)。MOF材料尚欠缺的物理和化學(xué)穩(wěn)定性必須要得到解決。具有無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、計(jì)算化學(xué)、生物化學(xué)、材料化學(xué)和化學(xué)工程背景的研究人員需要緊密合作，才能將MOF發(fā)展為一類真正可以大放光彩的有用的材料。

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