【引言】

金屬有機骨架（MOFs）是一類由有機配體和無機金屬離子（或簇）所構成的高度有序的多孔材料。近年來這類材料獲得了科學家的廣泛關注。通過選擇合適的有機配體和金屬實體可以設計和合成具有理想的框架結構和功能性的金屬有機骨架材料。更重要的是，其具有高比表面積、可調控的孔尺寸、易功能化和豐富的活性位點等特點，成為非常有應用前景的功能性材料。在眾多的MOF材料中，鐵基金屬有機骨架（Fe-MOFs）因其良好的性質和化學多樣性而被大量研究。Fe-MOF材料的一個典型特征是其高密度的不飽和鐵金屬中心可以與有機配體中的氧原子形成較強的鐵-氧鍵。因此，大多數的Fe-MOF材料在有機溶劑和水相中顯示出較好的穩定性。與一些傳統的多孔材料如沸石相比，Fe-MOF材料在各種應用中具有更好的潛力。例如，柔性的Fe-MOF材料可以有效地控制其孔尺寸和內部孔環境，從而加快客體分子的進入。同時，鐵元素在自然界中的豐富含量和低毒性也促進了Fe-MOF材料的發展。

【成果簡介】

近日，湖南大學環境學院曾光明教授和袁興中教授團隊在Small雜志上發表了綜述性文章（State-of-the-Art Advances and Challenges of Iron-Based Metal Organic Frameworks from Attractive Features, Synthesis to Multifunctional Applications， 2018， DOI: 10.1002/smll.201803088）。在該綜述中，作者首先對Fe-MOF材料的多孔性和功能性設計進行了詳細的描述，然后總結了Fe-MOF材料的制備方法并分析了控制其晶體生長和材料性能的影響因素。與此同時，概述了Fe-MOF材料在鋰離子電池、傳感器、氣體存儲、氣液相分離和催化等多個方面的發展現狀和應用前景，并指出了Fe-MOF材料在各個領域的優勢和不足。

【圖文導讀】

圖1.金屬有機骨架合成原理圖以及鐵基金屬有機骨架的文獻數目圖。

圖2.金屬有機骨架的內部孔通道圖。

圖3.鐵基金屬有機骨架的功能性設計圖。

圖4. 鐵基金屬有機骨架的溶劑熱合成圖。

圖5. 鐵基金屬有機骨架的水熱合成圖。

圖6. 鐵基金屬有機骨架在鋰離子電池中的應用。

 圖7. 鐵基金屬有機骨架用于熒光傳感。

圖8. 鐵基金屬有機骨架用于色度傳感。

 圖9. 鐵基金屬有機骨架用于電化學傳感。

 圖10. 鐵基金屬有機骨架用于氫氣存儲。

圖11. 鐵基金屬有機骨架用于二氧化碳存儲。

圖12. 鐵基金屬有機骨架用于氣相分離。

 圖13. 鐵基金屬有機骨架用于液相分離。

 圖14. 鐵基金屬有機骨架用于氧化催化。

圖15. 鐵基金屬有機骨架用于光催化。

【總結與展望】

針對Fe-MOF材料在設計和合成上的進展，作者提出以下幾點展望：（1）在原子水平上深入探索Fe-MOF材料的形成機理；（2）進一步的研究Fe-MOF材料的拓撲學設計；（3）除了有機配體修飾，通過后合成修飾法對金屬中心進行調制來設計功能性的Fe-MOF材料；（4）發展綠色、簡單且低成本的合成技術用以大規模制備Fe-MOF材料。同時，作者基于Fe-MOF材料在材料應用方面的發展提出了獨特的見解和展望：（1）將Fe-MOF材料與一些合適的電極材料相結合，從而改善其較差的電導率和低能量密度；（2）將基于Fe-MOF材料的傳感器嵌入一些便攜設備以滿足工程上的應用；（3）將基于Fe-MOF材料的傳感器與一些信號放大技術相結合，從而提高其檢測靈敏度；（4）設計具有高密度的不飽和鐵金屬中心的Fe-MOF材料（5）調節內部孔環境、嵌入一些功能性的基團進入Fe-MOF框架以優化其吸附和催化性能；（6）通過引入一些疏水性基團或者在材料表面涂敷疏水層，設計能夠在不同溶劑中保持穩定的Fe-MOF材料。

文獻鏈接：

State-of-the-Art Advances and Challenges of Iron-Based Metal Organic Frameworks from Attractive Features, Synthesis to Multifunctional Applications（DOI: 10.1002/smll.201803088）。