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铬-对苯二甲酸MOF的框架异构:MIL-88B(Cr)和MIL-101(Cr)

2021-02-24朱和鑫

无机化学学报 2021年1期

赵 田 朱和鑫 董 茗 赵 熠

(湖南工业大学包装与材料工程学院,株洲 412007)

金属有机框架(MOFs)是由金属离子或它们的团簇通过有机配体连接而成的多孔晶体配位网络[1-2]。近几年来,这类材料由于其高孔隙率而受到广泛关注[3-4],显示出其在储气[5-6]、分离[7-8]、催化[9-13]、热转化[14]、药物运输[15]等方面的巨大应用潜力。MOFs材料合成控制对于其性能以及潜在的应用非常重要,例如发光传感器[16]、选择性气体吸附[17]、小分子储存和输送[18]等等。因此,MOFs材料的晶粒尺寸和形貌对材料性能有重要影响,在很多情况下应予以考虑[19-20]。

M(Ⅲ)-对苯二甲酸(M=Cr、Fe、Al、V、Mn、In)与M(Ⅲ)-对苯二甲酸酯衍生物构成了MOFs的一个特别重要的子类。其中4种最著名的M(Ⅲ)-对苯二甲酸(及其类似物)是MIL-47/MIL-53、MIL-88、MIL-100和MIL-101。除MIL-47/MIL-53是基于1D带状二次构建单元(SBU)之外,其他种类均基于{M3OX(ROO)6(LT)2}三角形棱柱SBU(X=OH-、F-;LT=H2O或其他终端配体),因此它们是具有相同分子式[M3OX(L)3(LT)2]·Guests的多晶型体,只在客体分子的性质和数量上不同。这些化合物通常也有重叠的形成条件(伴随的多态性),尤其对于V族化合物而言,MIL-101、MIL-88和MIL-47在加热后可以逐步转化[21]。但是Cr族化合物是一个特例,它们的化学惰性要求很高的合成温度,水是唯一可行的合成介质。

MIL-101和MIL-88是我们感兴趣的2种独特的MOF类型。MIL-101型MOFs具有MTN-e拓扑结构,事实上已知的结构仅有铬或钒与对苯二甲酸配体形成的2种。因为Cr(Ⅲ)化合物的动力学稳定性,MIL-101(Cr)具有优异的热稳定性和化学稳定性[22-23],甚至可以说是所有容易制取的MOFs中最好的一种[24-26]。比如,MIL-101(Cr)可以用亚硝酸和硫酸的混合物直接硝化生成NO2-MIL-101(Cr)[27],而其他种类的MOF则很难。……

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