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永久微孔金属有机多面体的研究进展

期刊:Chemical ReviewsDOI:10.1021/acs.chemrev.9b00803

这篇文档属于类型b,是一篇综述文章,主要作者为aeri j. gosselin, casey a. rowland, 和 eric d. bloch,发表于2020年6月10日的《Chemical Reviews》期刊。文章的主题是永久性微孔金属-有机多面体(permanently microporous metal−organic polyhedra, MOPs)的研究进展,特别是基于多核金属簇的MOPs的合成、表征及其在气体存储、分离和膜材料中的应用。

首先,文章介绍了多孔分子材料的研究背景。相比于金属-有机框架(metal−organic frameworks, MOFs)、共价有机框架(covalent−organic frameworks, COFs)、多孔芳香框架(porous aromatic frameworks, PAFs)和沸石等多孔网络固体,多孔分子材料的研究相对较少。在多孔分子材料中,多孔有机笼(porous organic cages, POCs)在过去十年中得到了广泛研究。然而,近年来,基于金属-有机分子的多孔杂化材料,特别是配位笼(coordination cages)引起了越来越多的关注。本文综述了这些材料的最新进展,重点介绍了基于单核、双核、三核、四核及更高核数金属簇的多孔笼的合成及其在气体存储、分离和膜材料中的应用。

其次,文章详细讨论了MOPs的合成与表征。MOPs的合成通常类似于MOFs的合成方法,涉及金属盐与有机配体在高温下的反应。文章还介绍了基于溶液的MOPs表征方法,如紫外-可见光谱、核磁共振(NMR)和质谱(MS)等,以及基于固体的表征方法,如粉末X射线衍射(PXRD)和气体吸附等。文章特别强调了溶剂交换和活化条件对MOPs孔隙率的影响,指出不同的溶剂和活化温度可能会导致显著不同的表面面积。

第三,文章分类讨论了不同类型的多孔MOPs。根据结构类型,MOPs主要分为立方八面体、八面体、四面体等。文章详细介绍了基于单核、双核、三核、四核及更高核数金属簇的MOPs的合成及其表面面积。例如,基于双核金属簇的MOPs是最常见的,特别是基于桨轮结构(paddlewheel)的MOPs。文章还讨论了基于三核金属簇的MOPs,如基于铁和锆的MOPs,这些材料在气体存储和分离中显示出潜在的应用价值。

第四,文章探讨了MOPs的修饰与应用。MOPs可以通过后合成修饰(post-synthetic modification)来调节其孔隙率和功能。文章还介绍了MOPs在气体存储、气体分离和膜材料中的应用。例如,某些MOPs在二氧化碳和甲烷的吸附中表现出优异的性能,而另一些MOPs则被用于制备具有高选择性的气体分离膜。

第五,文章总结了MOPs研究的现状与未来展望。尽管MOPs在过去几年中取得了显著进展,但仍有许多挑战需要克服,例如提高MOPs的稳定性和可加工性。文章指出,未来的研究应集中在开发新的合成策略、优化MOPs的孔隙率和功能,以及探索其在更多应用领域中的潜力。

文章的主要观点包括: 1. 多孔分子材料的研究背景:相比于MOFs等多孔网络固体,多孔分子材料的研究相对较少,但近年来基于金属-有机分子的多孔杂化材料引起了越来越多的关注。 2. MOPs的合成与表征:MOPs的合成通常类似于MOFs的合成方法,溶剂交换和活化条件对MOPs孔隙率有显著影响。 3. 不同类型的多孔MOPs:基于单核、双核、三核、四核及更高核数金属簇的MOPs在合成和表面面积上表现出不同的特性。 4. MOPs的修饰与应用:通过后合成修饰可以调节MOPs的孔隙率和功能,MOPs在气体存储、分离和膜材料中显示出潜在的应用价值。 5. MOPs研究的现状与未来展望:尽管MOPs取得了显著进展,但仍需克服许多挑战,未来的研究应集中在开发新的合成策略和探索更多应用领域。

这篇文章的意义在于全面总结了MOPs领域的最新研究进展,为相关领域的研究人员提供了宝贵的参考和指导。通过详细介绍MOPs的合成、表征及其应用,文章为未来的研究提供了重要的思路和方向。

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