研究背景

金屬有機框架（metal-organic frameworks，MOFs）作為配位聚合物的一個新興子類，由于其結構可調、具有精確的尺寸以及形態可控的特性，在整個材料科學領域中備受關注。近年來，諸多研究發現MOFs的形貌及功能受到結構的誘導而發生變化，可以形成特殊的形態、可控的納米結構、超高的孔隙率和大的比表面積，并被廣泛應用于環境和能源領域。鑒于此，為了更便捷、可控地合成理想的晶體材料，需深入研究影響MOFs功能和形貌的因素，進而實現MOFs材料在多尺度下的結構控制。

全文概述

第一部分：綜述從合成MOFs的基礎結構出發，詳細討論了各個內部因素對晶體形貌的作用。內部因素包括：金屬離子半徑的差異決定晶體各向異性/同性生長；有機配體的寬度、長度及官能團影響外延生長；單核及多核次級構筑單元改善孔隙結構；溶劑種類誘導生成特定形態；表面活性劑修飾形貌。

第二部分：圍繞著載體效應，討論了單層石墨烯、氣凝膠、聚苯乙烯微球等基底在生成二維薄膜、三維鏤空結構的機理作用，并重點關注了以MOFs為模板在合成中空形貌、核殼結構、自組裝、超結構形貌的獨特優勢。

第三部分：講述了近年來合成MOFs新穎的制備方法，包括化學氣相沉積、電化學合成、噴霧干燥法、化學刻蝕法、機械研磨法、3D打印等，用于制備薄膜、納米陣列、空心球等具有特殊形貌結構的晶體材料。

第四部分：詳細介紹了MOFs及其衍生物在儲氣、染料吸附、電催化、燃料電池、異相催化、載藥領域的應用研究，充分證明了結構調整和形貌修飾對于MOFs應用于實際的重要性。

總結展望

根據合成MOFs的各種影響因素，提出了許多方法來制備相應的特殊形貌和的納米結構，但精確控制其尺寸和形狀的能力還不能令人滿意。在此基礎上，提出了一些觀點：1）加深對配位原理的理解，深入研究MOF晶體形成的動力學和熱力學機理；2）研究模板的性質和選擇合適的襯底將為優化MOFs提供一個良好的平臺；3）對多金屬MOFs進行原子精確的結構表征和建模計算，加深構效關系的基本理解；4）加強金屬離子與有機配體之間配位鍵的強度，實現可逆的結構轉變，有效提高穩定性。

本論文以“Structure-Directed Growth and Morphology of Multifunctional Metal-Organic Frameworks”為題發表在《Coordination Chemistry Reviews》上。溫州大學為第一通訊單位，我校化材學院2019級碩士研究生黃淇為第一作者，我校化材學院錢金杰副教授和楊云教授為通訊作者。該工作受到國家自然科學基金（52171145，21601137）、浙江省自然科學基金（LQ16B010003）、浙江省溫州市基礎科學研究項目（G20190007）和云南省地方本科高校基礎研究聯合專項資金項目（202101BA070001-042）的資助。

參考文獻：

Qi Huang, Yun Yang and Jinjie Qian. Structure-directed growth and morphology of multifunctional metal-organic frameworks. Coordin. Chem. Rev., 2023, 484, 215101.

https://doi.org/10.1016/j.ccr.2023.215101