【非晶态MOF】制备非晶态金属-有机框架的合成和分析考虑因素

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摘要
University of Cambridge的Thomas D. Bennett老师等报道的本篇文章（Chem. Sci., 2024, Advance Article）中探讨了非晶态金属-有机框架（aMOFs）的合成与分析问题。aMOFs因其与晶态MOFs相比具有潜在的优势，如增加的缺陷浓度、改善的加工性能和气体分离能力，而日益受到关注。作者总结了直接合成aMOFs的现有文献，并提出了可能的方法来调整现有晶态MOFs的合成方法，以形成其非晶态对应物。文章讨论了影响晶体MOFs有序性的参数，并检查了可能出现的潜在性质。此外，还讨论了结构表征方法，以及定义拓扑非晶结构所需的必要分析。

研究背景
1. MOFs作为一类多孔材料，在催化、气体吸附、药物输送和水收集等领域展现出应用潜力。然而，MOFs面临机械稳定性低、合成条件不可持续和合成过程难以规模化等挑战。
2. 已有研究通过调整合成条件如反应物浓度、温度、溶剂等来调控MOFs的结构和性能，但对非晶态MOFs的合成和性能调控研究较少。
3. 作者提出了直接合成aMOFs的新方法，与通过后合成非晶化晶态框架的方法相比，这可能允许以不同的组成和结构制备具有与晶态MOFs完全不同性质的aMOFs。

实验部分
1.非晶态MOFs的合成：作者探索了不同的合成方法，包括后合成崩溃法和直接合成法，以制备aMOFs。
2.后合成崩溃法：通过应用热、压力或剪切力使晶态MOFs崩溃成非晶态，但这些方法往往耗时且可能影响材料的孔隙结构。
3.直接合成法：通过调整合成条件，如溶剂、温度、反应时间等，直接合成aMOFs，这种方法可能保留了MOFs的固有孔隙结构。

分析测试
1.粉末X射线衍射（PXRD）：用于确认材料的非晶态，aMOFs显示出与晶态MOFs不同的衍射模式。
2.比表面积和孔隙性分析：使用BET方法分析，aMOFs的比表面积可能低于晶态MOFs，但孔隙结构可能得到保留或有所变化。
3.热重分析（TGA）：评估材料的热稳定性，aMOFs可能显示出与晶态MOFs不同的热分解行为。
4.扫描电子显微镜（SEM）：观察材料的形态，aMOFs可能表现出不同的颗粒形态。

总结
本文提供了对aMOFs合成和表征的深入分析，强调了直接合成aMOFs的潜力，并提出了调控aMOFs合成的新策略。研究表明，通过精确控制合成条件，可以制备出具有特定缺陷浓度和孔隙结构的aMOFs，这些材料在气体吸附、分离和催化等领域展现出应用潜力。

展望
1.进一步研究：够探索更多种类的aMOFs，并研究它们的具体应用性能。
2.结构与性能关系：深入地理解aMOFs的结构与性能之间的关系，特别是缺陷如何影响材料的化学和物理性质。
3.合成方法的优化：进一步优化直接合成aMOFs的方法，提高合成效率和材料的可重复性。

Synthetic and analytical considerations for the preparation of amorphous metal–organic frameworks
文章作者：Emily V. Shaw, Ashleigh M. Chester, Georgina P. Robertson, Celia Castillo-Blas and Thomas D. Bennett *
DOI: 10.1039/d4sc01433b
文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/sc/d4sc01433b

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