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羧酸类金属有机框架

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由Zn2+和1,4-苯二甲酸构成的MOF-5的结构

羧酸类金属有机框架是以羧酸根为配体的金属有机框架(MOF),其中,MOF-5HKUST-1等MOF较为出名。它们可用于吸附催化等领域。

合成与性质

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羧酸类MOF可直接以金属盐和相应的羧酸为原料,在合适的调节剂(酸、碱、辅助配体等)及适当的溶剂中进行合成。水热法和溶剂扩散法是常用的合成方法。[1]

三价金属(如Fe3+、Al3+、Cr3+)的MOF比二价金属的MOF更具有化学稳定性。[1]一些无法通过直接反应得到的低价MOF可以借助于金属交换反应来制备,例如,将MOF-5浸泡在VCl2(py)4、CrCl2MnCl2Fe(BF4)2·6H2O的饱和二甲基甲酰胺溶液中,可以得到相应金属部分取代的M-MOF-5(M=V, Cr, Mn, Fe)。[2]二价金属MOF的金属交换反应遵循Irving-Williams序列英语Irving–Williams series,即稳定性高的金属离子可以取代稳定性较差的金属离子。[3]这一序列为:[4]

Pd2+ > Cu2+ > Ni2+ > Co2+ > Zn2+ > Cd2+ > Fe2+ > Mn2+ > Mg2+

常见的羧酸MOF

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以羧酸根为配体的金属有机框架
MOF种类 结构式 有机配体
MOF-5 Zn4O(BDC)3 对苯二甲酸
HKUST-1 Cu3(BTC)2 均苯三甲酸
CAU-26[5] Zr6O4(OH)4(OAc)6(BDC)3 对苯二甲酸根
CAU-27[5] Zr5O4(OH)4(OAc)4(BDC)2 对苯二甲酸根
UiO-66 Zr6O4(OH)4(BDC)6 对苯二甲酸根

参考文献

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  1. ^ 1.0 1.1 Thais Grancha; et al. Postsynthetic Improvement of the Physical Properties in a Metal–Organic Framework through a Single Crystal to Single Crystal Transmetallation. Angew Chem Int Ed, 2015. 54 (22): 6521-6525. doi:10.1002/anie.201501691.
  2. ^ Carl K. Brozek; Mircea Dincă. Ti3+-, V2+/3+-, Cr2+/3+-, Mn2+-, and Fe2+-Substituted MOF-5 and Redox Reactivity in Cr- and Fe-MOF-5. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 34, 12886–12891. doi:10.1021/ja4064475.
  3. ^ Sathish Kumar Kurapati. Transmetalation: A Post-synthetic Modification Tool for Functional Metal–Organic Framework Materials. Springer, 2023. doi:10.1007/978-981-19-5347-7_2.
  4. ^ Irving, H.; Williams, R. Order of Stability of Metal Complexes. Nature. 1948, 162: 746–747. doi:10.1038/162746a0. 
  5. ^ 5.0 5.1 Sebastian Leubner; et al. Expanding the Variety of Zirconium-based Inorganic Building Units for Metal–Organic Frameworks. Angew Chem Int Ed, 2019. 58 (32): 10995-11000. doi:10.1002/anie.201905456.