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出版者:Springer London Ltd

作者:Kochergin, Vladimir

出品人:

页数:216

译者:

出版时间:2009-8

价格:$ 213.57

装帧:

isbn号码:9781848825772

丛书系列:

图书标签:

• 半导体
• 多孔材料
• 材料科学
• 纳米材料
• 电子学
• 物理学
• 化学
• 传感器
• 催化
• 能源

《金属有机框架化合物：结构、合成与应用》 本书深入探讨了金属有机框架（MOFs）这一新兴材料家族。MOFs是由金属离子或金属簇与有机配体通过配位键自组装形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。其独特的结构特点，例如高比表面积、可调控的孔径和孔道化学环境，以及优异的化学和热稳定性，使其在众多领域展现出巨大的应用潜力。 第一章 绪论 本章首先概述了MOFs材料的基本概念、历史发展以及其作为一类功能材料的突出优势。我们将追溯MOFs研究的起源，介绍早期具有代表性的MOF结构，并阐述其吸引研究者关注的关键原因，包括其“分子建筑”的可设计性和结构的多样性。随后，我们将讨论MOFs在多孔材料领域所处的地位，并与沸石、介孔材料等传统多孔材料进行比较，突出MOFs在结构调控和功能化方面的独特性。 第二章 MOFs的结构与构筑基元 本章详细阐述了MOFs的结构特征及其构成单元。我们将深入分析构成MOFs的两种基本构筑基元：金属节点（金属离子或金属簇）和有机配体。金属节点的多样性，包括不同的金属元素、氧化态以及簇的尺寸和几何形状，直接影响了MOFs的最终骨架结构。有机配体的选择则提供了无限的结构设计空间，从简单的羧酸、吡啶衍生物到复杂的有机链和环状结构，不同的配体在拓扑结构、配位模式和官能团修饰方面展现出丰富的可能性。我们将介绍常见的MOFs拓扑类型，如UiO系列、HKUST系列、ZIF系列等，并解释这些拓扑结构是如何由特定的金属节点和有机配体通过定向自组装形成的。此外，本章还将探讨MOFs的孔道结构，包括孔径分布、孔道连通性以及孔道表面的化学性质，这些因素对材料的应用性能至关重要。 第三章 MOFs的合成策略 本章全面介绍了MOFs的各种合成方法。从经典的溶剂热/水热合成法，到更为温和的室温合成法，我们将详细阐述各种方法的原理、操作要点以及优缺点。溶剂热/水热合成法因其能够制备高结晶度的MOFs而成为最常用的方法之一，我们将探讨温度、压力、溶剂、反应物浓度和反应时间等关键参数对MOF晶体生长和形貌的影响。此外，我们还将介绍非均相合成、微波辅助合成、超声辅助合成以及电化学合成等新型合成技术，这些技术有助于提高合成效率、缩短反应时间、调控产物形貌和提高产率。 第四章 MOFs的表征技术 为了深入了解MOFs的结构和性质，精确的表征至关重要。本章将详细介绍用于MOFs研究的关键表征技术。X射线衍射（XRD）是确定MOFs晶体结构和纯度的首选方法。扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）则用于观察MOFs的形貌、尺寸和微观结构。气体吸附/脱附等温线是表征MOFs比表面积、孔容和孔径分布的重要手段。傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱和核磁共振波谱（NMR）可用于分析MOFs的化学组成和配位结构。热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC）则用于评估MOFs的热稳定性。此外，本章还将介绍X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）和荧光光谱等用于研究MOFs电子结构和光学性质的表征技术。 第五章 MOFs在气体吸附与分离领域的应用 高比表面积和可调控的孔道结构使得MOFs在气体吸附与分离领域具有无可比拟的优势。本章将重点探讨MOFs在CO2捕获、CH4储存、H2储存以及空气分离等方面的应用。我们将详细分析不同MOFs结构对目标气体的吸附容量和选择性的影响，以及如何通过结构设计和官能团修饰来优化吸附性能。例如，具有特定官能团（如胺基）的MOFs在CO2吸附方面表现出优异的性能，而具有大孔结构的MOFs则适用于CH4和H2的储存。此外，本章还将讨论MOFs在膜分离技术中的应用，例如制备MOF复合膜用于气体分离。 第六章 MOFs在催化领域的应用 MOFs的刚性骨架、高比表面积以及金属节点和有机配体上的可调控位点，使其成为优良的多相催化剂载体或催化剂本身。本章将深入探讨MOFs在氧化、还原、酸碱催化以及光催化等多种催化反应中的应用。我们将介绍如何通过引入活性金属位点、负载纳米催化剂或修饰有机配体来增强MOFs的催化活性和选择性。例如，在MOFs骨架中引入过渡金属离子可以作为催化活性中心，或者将贵金属纳米粒子锚定在MOFs的孔道内，形成高效的催化剂。本章还将讨论MOFs在有机合成、环境催化以及能源转化等领域的催化应用实例。 第七章 MOFs在传感与检测领域的应用 MOFs的孔道结构和组成的可调性使其能够作为优秀的传感材料，用于检测各种化学物质和物理信号。本章将详细阐述MOFs在气体传感器、离子传感器、生物分子传感器以及光学传感器等方面的应用。我们将分析MOFs如何通过吸附或化学反应引起光学、电学或质量等性质的变化，从而实现对目标物的灵敏检测。例如，某些MOFs在与特定气体分子结合后会发生荧光猝灭或增强，这可以作为检测传感机制。此外，本章还将讨论MOFs在电化学传感和痕量分析中的应用。 第八章 MOFs在其他新兴领域的应用 除了上述主要应用领域，MOFs还在不断涌现的新兴领域展现出巨大的潜力。本章将对MOFs在药物递送、生物成像、锂离子电池、超级电容器、质子传导以及分离膜等方面的应用进行介绍。例如，MOFs的生物相容性和可控孔径使其成为药物递送的理想载体，可以实现缓释和靶向递送。在能源储存方面，MOFs的结构特点使其能够作为电极材料或电解质添加剂，提高电池的性能。 第九章 MOFs的挑战与未来展望 尽管MOFs材料已取得了令人瞩目的进展，但仍面临一些挑战。本章将讨论MOFs在放大生产、成本控制、长期稳定性以及回收利用等方面需要克服的困难。我们将展望MOFs材料未来的发展方向，包括开发新型MOFs结构、设计功能化MOFs、拓展其在生物医学、能源和环境等领域的应用，以及与其他材料的复合与协同。最后，我们将总结MOFs材料作为一类多功能材料的巨大潜力和广阔前景。

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