MOFs是一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料，它既不同于无机多孔材料，也不同于一般的有机配合物。兼有无机材料的刚性和有机材料的柔性特征使其在现代材料研究方面呈现出巨大的发展潜力和诱人的发展前景。今天，我们要分享的是来自国际多个顶级研究团队关于MOFs最新的8篇重要成果，内容涉及电池，材料，催化以及空气净化等多个领域，希望对相关研究人员有所启发。

1. 多孔MOFs作为新兴的吸附剂用于净化空气丨Nature Reviews Chemistry

人类活动产生的二氧化硫和氮氧化物是空气中的主要污染物，造成了严重的环境问题，并对人类健康构成了重大的威胁。现有的脱硫脱氮方法存在很多局限，因此需要开发更高效、更灵活的技术。英国曼彻斯特大学 Sihai Yang和Martin Schröder等人综述了金属有机骨架(MOFs)作为一种新兴的多孔吸附剂应用于吸附SO₂和NO₂，达到脱硫脱氮的作用。在其他废气同时存在的情况下，MOFs对SO₂和NO₂表现出优异的选择性吸附能力，同时能够保持结构完整性。MOFs的高结晶特性和丰富的化学功能性能够在分子水平上阐明主-客体的相互作用，并为新一代吸附剂的设计提供启发和新视角。

参考文献：

Xue Han, Sihai Yang* and Martin Schröder *. Porous metal-organic frameworks as emerging sorbents for clean air. Nature ReviewsChemistry, 2019.

DOI: 10.1038/ s41570-019-0073-7

https://doi.org/10.1038/s41570-019-0073-7

2. 晶格应变的金属-有机骨架用于双功能氧电催化剂丨Nature Energy

氧电催化是燃料电池和电解槽等技术的核心，由于存在缺乏资源丰富的电催化剂以及对催化机理的认识不足等问题。因此，急需发展新型高效稳定的双功能电催化材料。有鉴于此，中国科学技术大学刘庆华研究员等人将晶格应力引入到过渡金属基金属有机框架（TM-MOF）材料中，获得了高效双功能氧电催化材料。

该镍铁基NiFe-MOF材料对ORR与OER的活性分别为500 A gmetal^-1（电势为0.83 V）和2000 A gmetal^-1（过电势为0.30 V），是初始NiFe金属有机骨架的50-100倍。此外，该NiFe-MOF材料在电极电势为0.85 V和1.45 V下分别进行ORR与OER稳定性测试，200小时后催化剂仍保持97%的初始活性。研究发现随着金属活性中心Ni价态的升高，与四电子过程相关的氧催化反应关键中间产物*OOH形成并吸附在Ni⁴⁺高价活性中心上，从而高效地催化ORR与OER的进行。

参考文献：

Weiren Cheng, Xu Zhao,Hui Su, Fumin Tang, Wei Che, Hui Zhang andQinghua Liu*. Lattice-strained metal-organic-framework arrays forbifunctional oxygen electrocatalysis. Nature Energy, 2019.

DOI: 10.1038/s41560-018-0308-8

https://doi.org/10.1038/s41560-018-0308-8

3. 非热等离子体增强MOF在水煤气转化反应中的稳定性丨Nature Catalysis

金属有机框架(MOFs)的热稳定性和水稳定性常常会限制其在包含热处理或水相的传统催化中的应用。非热等离子体(NTP)是一种可以克服传统催化难题的有效途径。有鉴于此，英国曼彻斯特大学的Christopher Hardacre ，Philip A. Martin和Xiaolei Fan 教授等人研究了在NTP活化的条件下，MOF (HKUST-1)催化水煤气转化反应(WGSR)。HKUST-1在NTP活化和有水存在的情况下保持了异常的稳定性，获得了8.8 h⁻¹的高比速率。研究发现NTP诱导的水分解对WGSR具有双重促进作用，它通过提供OH以及维持HKUST-1的稳定性来促进WGSR。理论研究表明了Cu位点在底物分子结合中的关键作用。该研究为MOFs应用于更广泛的催化领域奠定了基础。

参考文献：

Shaojun Xu, Sarayute Chansai, Cristina Stere,Burapat Inceesungvorn, Alexandre Goguet, Kanlayawat Wangkawong,S. F. Rebecca Taylor, Nadeen Al-Janabi,Christopher Hardacre*, Philip A. Martin* and Xiaolei Fan *. Sustaining metal–organicframeworks for water–gas shift catalysis by non-thermalplasma. Nature Catalysis, 2019.

DOI: 10.1038/s41929-018-0206-2

https://doi.org/10.1038/s41929-018-0206-2

4. MOF新玩法，固态下分子马达的单向旋转丨Nature Nanotechnology

过度拥挤的烯烃基光驱动分子马达能够进行大幅度的重复性单向旋转。尽管它们在溶液中的行为已经被深入研究，但是针对固相状态下的行为研究相对比较少。有鉴于此，荷兰格罗宁根大学Wesley R. Browne，Sander J. Wezenberg和Ben L. Feringa教授（2016年诺贝尔化学奖得主）等人报道了具有分子马达基元的金属有机框架(MOFs)。分子马达单元成为有机连接体的一部分，并通过粉末和单晶x射线分析以及偏振光学和拉曼显微镜对其空间排列进行了表征。证实了光驱动分子马达单元在MOF框架中保留了单向旋转的行为，并且固态下的分子马达能以在溶液中的转速运行。这些“moto-MOFs”将来可以用来控制晶体材料的动态功能。

参考文献：

Wojciech Danowski, Thomasvan Leeuwen, Shaghayegh Abdolahzadeh, Diederik Roke, Wesley R. Browne*, SanderJ. Wezenberg* & Ben L. Feringa*. Unidirectional rotary motion ina metal-organic framework. Nature Nanotechnology, 2019.

DOI: 10.1038/s41565-019-0401-6

https://www.nature.com/articles/s41565-019-0401-6

附加Nature Nanotechnology评论：

Hubiao Huangand Takuzo Aida.Towardsmolecular motors in unison.NatureNanotechnology, 2019.

(https://doi.org/10.1038/s41565-019-0414-1)

5. 压力促进MOF框架低温熔融，合成MOF玻璃丨Nature Materials

金属有机骨架(MOFs)是一种具有巨大化工生产应用前景的微孔材料。近年来，在沸石咪唑酯骨架结构(ZIF)中发现了高压下结构坍塌和高温下液态转变的现象。近日，英国剑桥大学Thomas D. Bennett教授团队发现，高压和高温条件同时存在会导致ZIF-62和ZIF-4发生复杂的结构变化，从压力-温度相图可知不同区域存在明显的高、低密度非晶相。

原位粉末x射线衍射、拉曼光谱和光学显微镜的研究结果表明，在工业可达到的压力下，液态MOF在低温下比较稳定。第一性原理分子动力学也表明，用压力软化配位框架使得熔融热力学更加容易。此外，熔融淬火高温液体形成的MOF玻璃可以永久的保持其原有的孔隙度。因此，该研究结果为在低温下合成功能性MOF玻璃提供了一条有效途径，避免了在常压下加热分解。

参考文献：

Remo N. Widmer, Giulio I.Lampronti, Simone Anzellini, Romain Gaillac, Stefan Farsang, Chao Zhou, Ana M.Belenguer, Craig W. Wilson, Hannah Palmer, Annette K. Kleppe, Michael T.Wharmby, Xiao Yu, Seth M. Cohen, Shane G. Telfer, Simon A. T. Redfern,François-Xavier Coudert, Simon G. MacLeod & Thomas D. Bennett*. Pressure promoted low-temperature melting of metal–organic frameworks. Nature Materials, 2019.

DOI: 10.1038/s41563-019-0317-4

https://www.nature.com/articles/s41563-019-0317-4

6. 表面锚定柔性MOF，用于外界刺激的传感丨Nature Communications

柔性金属有机骨架(MOFs)是一种结构可变、多孔的结晶型固体，在受到外界刺激时会发生结构的转变。如果基于MOFs的固态微电子器件能够利用这种结构的灵活性，那么将MOFs薄膜集成到器件结构中将是一项很有前途的工作。

有鉴于此，慕尼黑工业大学Roland A. Fischer教授等人通过逐步液相外延法在基底表面精确嵌入铜基烷基醚功能化的层柱状MOF微晶。利用x射线衍射法对甲醇吸附过程中的结构转变进行了监测。研究发现，柔性MOFs在表面上的嵌入可以诱导产生不同于粉末的结构响应性，并且可以通过改变晶体特征(例如尺寸和方向)进行系统控制。对于柔性薄膜的理解对基于MOFs器件的合理设计是至关重要的，这些器件利用了MOFs材料结构的灵活性，可以应用于传感器等特定的领域。

参考文献：

Suttipong Wannapaiboon, AndreasSchneemann, Inke Hante, Min Tu, Konstantin Epp, Anna Lisa Semrau, ChristianSternemann, Michael Paulus, Samuel J. Baxter, Gregor Kieslich & Roland A.Fischer*. Control of structural flexibility of layered-pillared metal-organic frameworksanchored at surfaces. Nature Communications, 2019.

DOI: 10.1038/s41467-018-08285-5

https://doi.org/10.1038/s41467-018-08285-5

7. 非均一多孔结构中CO₂迁移引起的金属-有机骨架的结构动力学丨Nature Communications

柔性金属有机骨架(MOFs)的刺激响应特性使其在气体分离、药物传递和分子传感等领域具有广阔的应用前景。然而该方面的研究偏向于针对具有均一孔道的柔性MOF结构，针对非均一孔道的柔性MOF 的相关报道却较少。有鉴于此，牛津大学和剑桥大学的Pu Zhao教授，Simon A. T. Redfern教授等研究了非均一孔道的柔性MOF（ZIF-7）的CO₂刺激响应行为。他们结合原位实验以及理论计算，清晰地揭示了CO₂在ZIF-7中的吸附机理以及ZIF-7结构的动态变化过程。该研究为后续深入理解柔性MOF的构效关系提供了新的思路。

参考文献：

Pu Zhao*, Hong Fang, Simon A. T. Redfern*, et al. Structural dynamics of a metal–organic frameworkinduced by CO₂ migration in its non-uniform porous structure. Nature Communications, 2019.

DOI: 10.1038/s41467-019-08939-y

https://doi.org/10.1038/s41467-019-08939-y

8. MOF材料用于近红外光热转化丨Nature Communications

由于阴离子自由基很容易在空气中被氧化，因此，开发在环境条件下能稳定存在的阴离子自由基具有重要意义。有鉴于此，北京化工大学尹梅贞教授等人报道了一种多孔的三维苝酰亚胺基金属有机骨架（MOF）Zr-PDI。研究发现，Zr-PDI是一种优异的三维多孔材料并且具有良好的气体吸附能力，通过框架屏蔽作用可稳定自身产生的阴离子自由基。该材料还具有高效的近红外转化性能，光热转化效率高达52.3%。该研究提供了一种应用于光热疗领域的MOF材料。

参考文献：

Baozhong Lü, Yifa Chen, Pengyu Li, Bo Wang, Klaus Müllen, Meizhen Yin*. Stable radical anions generated from a porousperylenediimide metal-organic framework for boosting near-infrared photothermalconversion.  Nature Communications, 2019.

DOI: 10.1038/s41467-019-08434-4

https://doi.org/10.1038/s41467-019-08434-4