一、简介
多孔固体材料是近三十年来化学、物理化学、材料学等领域的一个热点。该类材料在吸附分离、光学器件、生物医药、提纯和催化等方面具有重要的应用前景。在这些物质中，作为吸附材料或者薄膜材料的多孔固体材料在我们日常生活中的分离和纯化方面起着非常重要的作用。所以，探索多孔材料在上述领域的应用，是目前国际上的一个热门课题。金属一有机框架材料（MOFs）是近十年来发展迅速的一种配位聚合物，具有三维的孔结构，一般以金属离子为连接点，有机配位体支撑，自组装形成具有周期性网状骨架的结构，构成空间3D延伸，系沸石和碳纳米管之外的又一类重要的新型多孔材料，ZIF成为MOFs家族一个很重要的组成部分。在催化、储能和分离中都有广泛应用。目前，MOFs已成为无机化学、有机化学等多个化学分支的重要研究方向。
多孔物质包括多种类型，包括天然物质和人工物质、无机物质和有机物质、晶体物质和无定形物质。但到了90年代中后期，能被广泛用于工业生产的仅有两类，一类为无机，一类为碳基。在无机多孔固体材料中，典型的例子是沸石类多孔材料，其孔径大小大约在 4-13Å 之间。从目前世界上绝大多数的工业生产都依靠分子筛来进行，可见多孔介质在人们生活中的重要性。而活性碳却是无定形的。与分子筛相比，活性碳虽然不具有均匀的晶体结构，但其孔隙率高、比表面积大，在多孔固态物料中占有很大份额。
二、发展历史
目前，MOFs已成为无机化学、有机化学等多个化学分支的重要研究方向。在这方面有名的科学家如kitagawa，Yaghi等。
20世纪90年代中期，代MOFs材料被合成出来，孔径和稳定性受到一定限制。
1999年，Yaghi等人合成具有三维开放骨架结构的MOF-5，去除孔道中的客体分子后仍然保持骨架完整。MOF一5的出现为金属一有机骨架化合物的发展开创了一个全新的局面。
2002年，Yaghi科研组通过调控修饰官能团，利用一系列对苯二甲酸的类似物成功地合成了孔径跨度从3.8A到28.8A的IRMOF系列类分子筛材料，实现MOF材料从微孔到介孔的成功过渡。
2008年，Yaghi研究组合成出上百种ZIF系列类分子筛材料。虽然金属有机骨架化合物（MOFs）的高速发展大约只有20几年的历史，但是发展的速度是很惊人的。
三、发展现状
据报道，目前实验室合成的MOF已经有20000多种，按类型可以分为网状金属有机框架材料IRMOF、沸石-咪唑框架材料ZIF、莱瓦希尔有机框架材料MIL和通道式框架材料PCN ，各自的代表材料有MOF-5、ZIF-8、MIL-101和HKUST-1。近年来MOFs的发展迅猛异常，在气体分离、水净化、工业催化、生物医药等各个领域得到了广泛研究。
四、特点及应用
MOF的结构具有非常高的表面积和孔隙度，可以用于吸附和分离气体、液体和离子等物质。其孔道大小和形状可以通过选择不同的金属离子和有机配体来调控，从而实现对不同物质的选择性吸附和分离。另外，由于MOF具有可逆的结构和吸附性能，可以通过改变温度、压力等条件来实现对吸附和释放物质的控制。这种可控性也使得MOF在储能、传感、催化等方面具有广泛的应用前景。
1.吸附分离
MOFs材料具有较大的孔洞，具有良好的吸附性能。某些 MOFs材料的孔道尺寸与气体分子的动态直径非常接近，因而可以对其进行选择性筛选。在实验上，利用 MOFs材料对常用的小分子气体（CO2、CH4、N2、H2等）、C1~C3低碳烃、C4~C6中链烷烃、多种醇类进行靶向吸附，并可实现对CO2/CH4N2、C1~C3低碳烃混合物、C4~C6烷烃同分异构体的高效分离和净化，并可对 NOx、 SOx、H2S、NH3和 VOCs等有害气体进行高效分离和净化。
2.电催化材料
MOFs是具有高比表面积、高孔隙率和结构可设计的结晶性多孔材料，作为新型电催化剂展现出巨大的发展潜力，其在析氢反应（HER）、氢氧化反应（HOR）、析氧反应（OER）、氧还原反应（ORR）和氮还原反应（NRR）等领域的都取得了显著的进展。MOF基材料包括原始MOF、MOF复合材料及其衍生物均是氧还原反应（ORR）的独特电催化剂。因其可调的成分和多种结构，高效的MOF基的材料为加速燃料电池和金属空气电池中阴极的缓慢ORR提供了新的机会。
3.易于化学功能化
MOFs具有结构清晰、比表面积和孔隙率高、孔径可调、易于化学功能化等优点，被认为是一类很有前途的纳米药物载体。当MOF粒子的尺寸缩小到纳米级时，这些纳米MOF可以用于成像、化疗、光热治疗或光动力治疗的药物递送载体。如，将 MOFs材料引入到药物载体中，可实现药物的靶向递送，提高细胞内的摄取，并可进行可控的药物缓释，有望在抗肿瘤、抗菌、代谢标志物、抗青光眼及激素等领域得到广泛的应用。近年来， MOFs作为一种新型的多模态成像材料，应用于肿瘤的早期诊断，具有广阔的应用前景。
MOFs是一类新型的有机-无机杂化晶体多孔材料，由于其大的比表面积、高的孔隙率、丰富的结构等特性，使得它在吸附分离、电催化剂、生物医药等领域有着广阔的发展前景，并取得了显著的研究结果。
4.光电器件材料
MOFs也可以作为光电器件的重要组成部分。例如，将某些MOFs中的金属物种或有机配体作为光敏物质，在光电转换和光电催化领域中展现出巨大的潜力。
五、发展前景
随着 MOFs膜研究内容的不断扩展和深入，从最初的气体分离领域逐渐扩展到了液体分离领域。MOFs分离膜在染料脱除、脱盐与重金属离子去除、离子选择性分离等方面，都展现出了比商用膜更高的分离性能，显示出了巨大的应用前景MOFs具有巨大发展潜力，例如在气体存储方面，随着氢能源技术与应用研究不断深入，储存性能优异且安全性能高的存储材料需求不断增长，利于MOFs行业发展。MOFs是一种非常具有前景和应用价值的材料，其特殊的结构和性质拓宽了其在各个领域的应用范围，并给我们带来了更多可能性。
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