金属-有机框架材料的介绍

1. 金属-有机框架材料的介绍

金属-有机框架（Metal-Organic Frameworks），简称MOFs，是由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料。

2. 金属-有机框架材料的合成方法

MOFs 通常采用的合成方法 与常规无机合成方法并没有显著不同，蒸发溶剂法、扩散法（又可细分为气相扩散、液相扩散、凝胶扩散等）、水热或溶剂热法、超声和微波法等均可用于MOFs 合成。这些方法中，尤以水热或溶剂热法最为重要，绝大多数MOFs 用水热或溶剂热法合成 。水热或溶剂热法属液相化学法的范畴，是指在密封的压力容器中，以水为溶剂，在高温高压的条件下进行的化学合成方法。

3. 金属-有机框架材料的表征方法

基础方法：单晶X射线衍射分析其他常规表征方法：粉末X射线衍射分析、傅里叶变换红外光谱、紫外-可见光谱、元素分析、热分析等。功能材料测试：吸附、光、电、磁等性质测试

4. 金属有机框架属于什么化学

早在上个世纪90年代初期Hoskins 和 Robson[1,2]已经开始研究金属有机框架化合物（其孔隙率和化学稳定性都不高）。由于MOFS材料高的孔隙率，好的化学稳定性，可再生性，合成过程和仪器简单以及其迷人的框架结构，潜在的实用价值，使其受到了化学工作者的广泛关注。在近十几年里已经成为化学学科中发展最快的领域（图1），不过由于结构表征以及性能测试方面的限制，增加了MOFS研究的一些难度，但这并不会影响他以后的发展，它仍然具有非常广阔的发展前景[3]。



1-12分别代表2000-2011年

所谓金属有机框架（metal-organic-frameworks）就是指由金属离子或金属簇与含有O、N 原子的有机配体(大部分是吡啶，芳香羧酸类的配体)自组装而成的具有周期性网络结构的配位聚合物[4]，它与高分子聚合物，无机聚合物及碳基材料不同，它具有许多优点，一，由于是由有机配体和金属离子组成，所以它无形中将有机化学，无机化学，配位化学等多个学科联系起来；二，由于是晶体化合物，所以具有高度的有序性、良好的热稳定性及化学稳定性；三是结构能够具有高度的可设计性；四，通过对有机配体的修饰，可以对孔道及表面进行功能化修饰，使其能够满足选择性吸附、催化或实现多功能化[5]；五，金属有机框架化合物的合成比较简单，金属与羧酸或氮杂环反应比较容易。

至今大多数MOFS使用的芳香族的羧酸都是多酸，它们的配位模式多种多样 ，由于反应过程中环境条件的不同，配位的方式也有所不同（图2：以联苯二酸为例）。吡啶类的配位模式比较单一（4,4'-联吡啶），且配位能力与羧酸相比弱一些，构筑的框架结构热稳定性能比羧酸的差一些，因此很多框架材料是用羧酸和吡啶类的混合双配体来做的。

1是手性MOFS  2是所有的MOFS

5. 金属-有机框架材料的扩展阅读

黄春晖院士出版于2010年的《稀土配位化学：功能与应用》 中部分章节介绍了稀土－MOFs材料的合成、性质、表征、应用。南开大学程鹏教授任主编的《镧系金属有机框架》 汇集了MOFs研究领域多位专家的综述，阅读之，可快速了解MOFs当前发展全貌。该书由斯普林格2015年出版。

6. 金属材料的结构

金属类材料

金属新材料按功能和应用领域可划分为高性能金属结构材料和金属功能材料。高性能金属结构材料指与传统结构材料相比具备更高的耐高温性、抗腐蚀性、高延展性等特性的新型金属材料，主要包括钛、镁、锆及其
合金、钽铌、硬质材料等，以及高端特殊钢、铝新型材等。金属功能材料指具有辅助实现光、电、磁或其他特殊功能的材料，包括磁性材料、金属能源材料、催化净化材料、信息材料、超导材料、功能陶瓷材料等。
在众多品种中，我们建议重点关注稀土永磁材料。与其他材料相比，稀土具有优异的光、电、磁、催化等
物理特性，在新兴领域的应用急速增长，其中永磁材料是稀土应用领域最重要的组成部分，2009年永磁材料占稀土新材料消费总量的57%。在国家新兴产业政策的推动下，新能源汽车、风力发电、节能家电等领域将拉动稀土永磁材料钕铁硼磁体的需求出现爆发式增长。建议重点关注钕铁硼行业龙头中科三环、宁波韵升，以及稀土资源类企业包钢稀土、厦门钨业等。钢铁材料、稀有金属新材料、高温合金、高性能合金是属于金属类工程结构材料。
①、钢铁材料和稀有金属新材料
钢铁材料提高钢材的质量、性能，延长使用周期，在钢铁材料生产中，应用信息技术改造传统的生产工艺
，提高生产过程的自动化和智能化程度，实现组织细化和精确控制，提高钢材洁净度和高均匀度，出现低温轧制、临界点温度轧制、铁素体轧制等新工艺。
稀有金属新材料指高强、高韧、高损伤容限钛合金，以及热强钛合金、锆合金、难熔金属合金、钽钨合金、高精度铍材等。
②、高温合金和高性能合金
高温结构材料主要种类包括：高温合金、粉末合金、高温结构金属间化合物，以及高熔点金属间化合物等
。
主要上市公司：
1、久立特材(002318)：公司主要生产工业用不锈钢无缝管和不锈钢焊接管，是国内工业用不锈钢管产量最
大的企业。产品被应用于石油、化工、天然气、电力设备制造、造船、造纸、机械制造、航空、航天等行业。
2、东方锆业(002167)：公司产品主要用于核能、陶瓷、兵器、航空、高级耐火材料、光通讯器件、固体燃
料电池。
3、宝钛股份（600456)：公司是我国最大的以钛为主导产品的稀有金属材料专业化生产、科研基地，产品
广泛应用于航空航天、化工、石油、医药、海洋工程及高档日用消费品等领域。
4、濮耐股份(002225)：公司已经成为国内主要功能耐火材料、不定形耐火材料生产企业，钢铁炉外精炼透
气砖国内市场份额第一，国内最大钢铁行业用耐火材料制品供应商。
5、钢研高纳(300034)：公司是高温合金材料及制品行业，产品主要面向的市场为航空航天、发电领域使用
的高端和新型高温合金，目前是国内高端和新型高温合金制品生产规模最大的企业之一。
6、鼎泰新材(002352)：公司专注于金属材料保护表面防腐技术的研发及应用，是稀土合金镀层防腐新材料
领域的创新者和领导者，产品主要用于高压、超高压电网输电线路中的架空地线已经架空导线钢芯等。
新型无机非金属材料

无机非金属材料指某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机材料，主要包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料等。新型无机非金属材料指经过微观结构设计、精确化学计量、先进制备技术而达到不含有害元素且具有特定性能的材料。
从材料种类看，新型陶瓷具有强度高、耐高温、耐磨损等特点，主要应用于汽车、火车、飞机、机械等制造业，个股可关注生产陶瓷轴承的轴研科技和生产陶瓷刹车片的博云新材；陶瓷纤维具有重量轻、热稳定性好
、导热率低的特性，广泛应用于节能环保、机械、冶金化工等领域，个股可关注北京利尔、鲁阳股份；新型玻璃中，玻璃基板是构成液晶显示器件的一个重要基本部件，全世界仅4家企业能够制造玻璃基板，国内企业彩虹股份已取得玻璃基板的技术突破，有望在年底前实现量产，可保持关注。
高温结构陶瓷材料是先进陶瓷材料发展的重点，其主要应用目标是燃气轮机和重载卡车用低散热柴油机。采用陶瓷发动机可以提高热效率，降低燃料消耗。
主要上市公司：
1、鲁阳股份(002088)：公司是世界第三的陶瓷纤维生产基地，产品广泛应用于工业、民用及国防军事领域
耐高温、绝热部位。
2、斯米克(002162)：公司是专业生产和销售高级玻化石和高级釉面砖系列产品的企业，在高端市场具备强
势领导者地位。研发的保温节能外墙干挂磁板为国内首创，拟与宜丰合作进行含锂瓷土矿的开发，这有利于公司加强对上游原料的控制，且锂资源作为新材料的一种具有较好的盈利前景。
高分子合成材料

高分子及复合材料是新材料领域的重要组成部分，具有优良的物理、化学性能和优异的加工特性，被广泛应用于信息产业、航空航天、生物医药、交通运输、机械仪表、建筑和能源等国民经济重要领域，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。
在细分品种中，建议重点关注改性塑料中的龙头企业金发科技，新型橡胶中的时代新材，纤维类别中生产覆膜滤材的中材科技和生产耐热聚酰亚胺纤维的深圳惠程，以及生产新型胶粘剂的回天胶业。
新型高分子结构材料发展的重点是特种工程塑料、有机硅材料、有机氟材料、高性能纤维、高性能合成橡胶、高性能树脂等。合成树脂是在迅速发展中的材料。高性能乙丙橡胶生产技术已经进入新阶段，以活性阴离子聚合、活性阳离子聚合，以及弹性体改性和热塑化等技术为开发的热点。
主要上市公司：
1、博云新材(002297)：公司主要生产和销售粉末冶金复合材料产品。其中，公司主导产品航空航天产品已
应用在波音－737系列、波音－757系列、空客-320系列和多种军用飞机以及多种型号火箭上，是国内同类产品规模最大的生产企业。
2、普利特(002324)：公司是国内专注于生产汽车用改性塑料产品的主要企业，产品主要供应汽车零部件制
造商。求采纳

7. 金属，无机非金属，高分子三种材料在结构、性质、用途上的共同点和不同点？ 结构、性质、用途请细讲！谢谢

金属材料包括钢铁和有色金属及其合金，
http://baike.baidu.com/view/403617.htm
无机非金属材料主要是指玻璃、陶瓷、水泥等材料，
http://baike.baidu.com/view/138713.htm

高分子材料是大分子有机物材料如塑料、橡胶等的统称：
http://baike.baidu.com/view/45791.htm

8. 金属有机框架与经典配合物分子的共同点

有机金属框架材料的特点
1.多孔性及大的比表面积
孔隙是指除去客体分子后留下的多孔材料的空间。多孔性是材料应用于催化、气体吸附与分离的重要性质。材料的孔径大小直接受有机官能团的长度影响，有机配体越长，除去客体分子后材料的孔径越大。在实际应用中，选择不同的有机配体可以得到不同孔径大小的材料，气体吸附与分离一般选择孔径相对小、孔隙率高的MOFs材料;催化应用则选择孔径大的MOFs材料。此外，对于蛋白质或肽段的吸附与分离，可根据材料的分子筛效应和性质，对其按分子的大小或相互作用力的不同进行分离。
比表面积是评价多孔材料催化性能、吸附能力的另一重要指标，因此人们不断改变MOFs材料金属中心和连接臂的主要目的之一就是使材料具有更大的比表面积。例如，Yaghi小组 合成的较早的MOFs材料MOF-5，其比表面积约为 3 000 m/g; 2004年，他们报道的MOF-177 ，比表面积可达到 4 500 m/g，是当时报道的MOFs材料中比表面积最大的一种;2010年，他们合成出MOF-210 ，其BET比表面积达 6 240 m/g， Langmuir比表面积更高达 10 400 m/g，这个值已经接近固体材料比表面积的极值。
2.结构与功能多样性
MOFs材料可变的金属中心及有机配体导致了其结构与功能的多样性。MOFs材料金属中心的选择几乎覆盖了所有金属，包括主族元素、过渡元素、镧系金属等，其中应用较多的为Zn、Cu、Fe等。不同金属的价态、配位能力不同也导致了不同材料的出现。而对于有机配体的选择，则从最早易坍塌的含氮杂环类配体过渡到了稳定性好的羧酸类配体;在解决了MOFs材料除去客体分子后坍塌的问题后，由于种类繁多的羧酸类配体可供选择及修饰，人们合成了带有一种或多种目的基团的混合MOFs材料 ，不同官能团的组合大大拓宽了MOFs材料的应用范围。
3.不饱和的金属位点
由于二甲基甲酰胺(DMF)、水、乙醇等小溶剂分子的存在，未饱和的金属中心与其进行结合来满足配位需求，经过加热或真空处理后可以去除这些溶剂分子，从而使不饱和金属位点暴露。这些暴露的不饱和金属位点可以通过与NH3、H2S、CO2等气体配位而达到气体吸附和分离的作用，也可以与带有氨基或羧基的物质进行配位，从而使MOFs材料作为药物载体或肽段分离的有效工具;此外，含有不饱和金属位点的MOFs材料亦可作为催化反应的催化【摘要】
金属有机框架与经典配合物分子的共同点【提问】
有机金属框架材料的特点
1.多孔性及大的比表面积
孔隙是指除去客体分子后留下的多孔材料的空间。多孔性是材料应用于催化、气体吸附与分离的重要性质。材料的孔径大小直接受有机官能团的长度影响，有机配体越长，除去客体分子后材料的孔径越大。在实际应用中，选择不同的有机配体可以得到不同孔径大小的材料，气体吸附与分离一般选择孔径相对小、孔隙率高的MOFs材料;催化应用则选择孔径大的MOFs材料。此外，对于蛋白质或肽段的吸附与分离，可根据材料的分子筛效应和性质，对其按分子的大小或相互作用力的不同进行分离。
比表面积是评价多孔材料催化性能、吸附能力的另一重要指标，因此人们不断改变MOFs材料金属中心和连接臂的主要目的之一就是使材料具有更大的比表面积。例如，Yaghi小组 合成的较早的MOFs材料MOF-5，其比表面积约为 3 000 m/g; 2004年，他们报道的MOF-177 ，比表面积可达到 4 500 m/g，是当时报道的MOFs材料中比表面积最大的一种;2010年，他们合成出MOF-210 ，其BET比表面积达 6 240 m/g， Langmuir比表面积更高达 10 400 m/g，这个值已经接近固体材料比表面积的极值。
2.结构与功能多样性
MOFs材料可变的金属中心及有机配体导致了其结构与功能的多样性。MOFs材料金属中心的选择几乎覆盖了所有金属，包括主族元素、过渡元素、镧系金属等，其中应用较多的为Zn、Cu、Fe等。不同金属的价态、配位能力不同也导致了不同材料的出现。而对于有机配体的选择，则从最早易坍塌的含氮杂环类配体过渡到了稳定性好的羧酸类配体;在解决了MOFs材料除去客体分子后坍塌的问题后，由于种类繁多的羧酸类配体可供选择及修饰，人们合成了带有一种或多种目的基团的混合MOFs材料 ，不同官能团的组合大大拓宽了MOFs材料的应用范围。
3.不饱和的金属位点
由于二甲基甲酰胺(DMF)、水、乙醇等小溶剂分子的存在，未饱和的金属中心与其进行结合来满足配位需求，经过加热或真空处理后可以去除这些溶剂分子，从而使不饱和金属位点暴露。这些暴露的不饱和金属位点可以通过与NH3、H2S、CO2等气体配位而达到气体吸附和分离的作用，也可以与带有氨基或羧基的物质进行配位，从而使MOFs材料作为药物载体或肽段分离的有效工具;此外，含有不饱和金属位点的MOFs材料亦可作为催化反应的催化【回答】
经典配合物特点：中心离子或原子具有正常的氧化态；形成配位键的配体的孤电子对基本上是定域于金属原子和配位原子之间。【回答】