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摘 要

金属有机骨架(MOFs)是研究的多孔结晶材料之一，其潜在应用几乎涵盖了所有相关技术领域，从医学，能源学到生物和电子学等。然而，这类材料的低稳定性阻碍了它在许多应用中的发展。但是，基于UiO-66对苯二甲酸锆的MOF，具有均匀可调的孔径，大的表面积以及活性Zr-O簇。UiO-66本身具有很高的应用价值，UiO具有高于350℃的水热稳定性。它具有强Zr-O键和高配位数的Zr(IV)，进一步提高了材料对各种溶剂的高耐受性。由于UiO-66的综合性能高，可以达到其他MOFs无法达到的效果，系统地分类和分析UiO-66的性质和应用，因此UiO-66及其衍生的UiO出色的品质使其获得有前途的未来潜力，本文介绍了一系列UiO的合成，调制和功能化的细节，特别是UiO-66的UiOs。

关键词：金属有机骨架(MOFs)，UiO-66合成，功能化，应用

Abstract: Metallic organic framework (MOFs) is one of the porous crystalline materials studied. Its potential applications cover almost all related technical fields, from medicine and energy to biology and electronics. However, the low stability of such materials has hindered their development in many applications. However, MOF based on UiO-66 zirconium terephthalate has uniform adjustable pore size, large surface area and activeZr-O clusters. UiO-66 itself has a high application value, UiO is higher than 350℃ water thermal stability. It has strong Zr-O bond and high coordination number of Zr (IV), further improve the material to various solvents of high tolerance.Due to the high comprehensive performance of UiO-66, it can achieve the effect that other MOFs cannot achieve and systematically classify and analyze the properties and applications of UiO-66. Therefore, the excellent quality of UiO-66 and its derived UiO enables it to obtain promising future potential. This paper introduces a series of details of UiO synthesis, modulation and functionalization, especially UiOs of UiO-66.

Keywords: Metal organic framework (MOFs), UiO-66 synthesis, functionalization, application

目 录

1 绪论 4

2 UiO-66的合成，功能化和修饰 4

2.1 UiO-66合成方法 5

2.2 UiO-66原位功能化和修饰 6

2.3 UiO-66孔隙度调整 8

3 UiOs的结构和特征 9

3.1 UiO-66的结构 9

3.2 UiOs的特征 9

4 UiO-66的应用 10

4.1 UiO-66在化学催化中的应用 10

4.2 UiO-66在光催化中的应用 11

4.3 UiO-66在吸附分离中的应用 14

4.4 UiO-66在传感中的应用 17

4.5 UiO-66在医学中的应用 17

4.6 UiO-66在超级电容器中的应用 18

结论 19

参考文献 20

致谢 23

1 绪论

金属有机框架(MOFs)是新型的多孔结晶聚合物，由金属-氧和有机连接体构成，赋予三维框架高表面积，有序周期、可调孔径和拓扑结构，易于获得物理和化学性质的功能化和后修饰^[1]。与传统的多孔材料沸石分子筛等相比，MOFs具有极高的比表面积，金属中心可以提供丰富、有序、均匀的活性位点。MOFs的另一个优势是，通过原位合成和后合成修饰可以赋予MOFs以特殊的化学性质。因此，MOFs已成为多孔材料的热点，在催化、吸附和分离、储气、药物输送等应用中具有高性能和高潜在价值。但是大多数MOFs具有相对较低的水热和化学稳定性，它们的结构在酸和碱以及高温或高压环境下容易坍塌，这在一定程度上限制了MOFs的利用。因此，稳定性的提高已成为MOFs研究的主要方向。其中UiOs家族是被引用最多的系列，它们是由三维多孔材料构成的，其中UiO-66最具代表性，也被认为是该MOFs亚家族的原型，其他UiOs是从UiO-66等衍生而来的。功能化的UiOs可以直接设计功能化配体作为起始组分，或应用后合成修饰和配体交换等方法，而不改变原始拓扑结构。此类特性赋予UiOs在催化方面，CO₂捕获，气体分离方面的巨大应用潜力。

Cavka等^[2]报道了由Zr金属中心和对苯二甲酸1,4-二羧基苯(H₂BDC)构成的UiO-66(MOFs)作为有机配体。UiO-66有优异的化学稳定性和水热稳定性，是因为高密度的结构单元保证了框架的紧密连接而且Zr具有很高的亲氧性，在UiO-66框架中形成键Zr-O键较强。UiO-66孔径由约1.1 nm的八面体笼和约0.8 nm的四面体笼组成，通过0.6 nm三角窗互连的四面体网箱(图1)。本文详细介绍了UiOs的合成方法、吸附、分离、催化、光催化、传感、医学应用以及超级电容器，特别是UiO-66，为进一步开发通用MOFs做出了潜在的贡献。

图1 UiO-66的结构示意图

2 UiO-66的合成，功能化和修饰

合成的发展基本上要经历三个阶段：(1) 均相法或扩散法，通过溶剂的缓慢蒸发或扩散获得过饱和的大单晶；(2) 溶剂热/水热法可以很好地控制MOFs单晶的尺寸，形态和结晶度；(3) 分批轻松实现MOFs的新型制造方法。此外，为了满足实际应用的需要，通过改变合成条件或将MOFs与贵金属、石墨烯、半导体等不同材料混合制成不同模板支撑的MOFs薄膜，制备MOFs的复合材料。

2.1 UiO-66的合成方法

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