李昂 武漢市第二中學(xué)

金屬有機(jī)框架材料的研究進(jìn)展

李昂 武漢市第二中學(xué)

目前金屬有機(jī)框架材料在各個(gè)行業(yè)都有著廣泛的運(yùn)用，隨著金屬有機(jī)材料的應(yīng)用，本文根據(jù)我們高中生介紹一下有關(guān)于金屬有機(jī)框架材料的相關(guān)知識，包括構(gòu)成、合成方法以及在生活中具體的應(yīng)用。

金屬有機(jī)框架 材料 合成方法 應(yīng)用

在近幾年，金屬有機(jī)框架材料發(fā)展迅速，各種合成方法不斷地改進(jìn)，在生活中的應(yīng)用也越來越廣泛，在一些氣體運(yùn)輸儲存方面，有著安全，環(huán)保，減少成本的優(yōu)點(diǎn)。作為高中生，結(jié)合課堂上所學(xué)的初步知識以及自己的拓展學(xué)習(xí)，對金屬有機(jī)材料進(jìn)行相關(guān)的了解，以求能將知識更好的現(xiàn)實(shí)運(yùn)用相結(jié)合。

1 金屬有機(jī)框架材料介紹

從高中課堂上我們學(xué)習(xí)到金屬有機(jī)框架材料是一種混合的材料，主要由一些金屬與有機(jī)配體混合而成，這里的有機(jī)配體指的是一些類似乙醇這樣的有機(jī)溶劑，并不是有機(jī)物。在金屬有機(jī)框架的結(jié)構(gòu)中有許多的孔隙，這些孔隙的直徑是可以調(diào)整的，在一些氣體的存儲運(yùn)輸中，就是氣體與框架本身發(fā)生作用，使得氣體直接儲存在這些孔隙之中，原理類似水吸附在海綿之中，不過誰與海綿只是簡單的物理過程，而氣體與金屬有機(jī)框架的過程有些是化學(xué)變化的過程，但是過程是可逆的。

2 合成方法介紹

根據(jù)老師的介紹，我們知道金屬有機(jī)框架的合成是選擇一種金屬中心配上有機(jī)配體合成，主要方法有：熱溶劑法、緩慢擴(kuò)散法、微波加熱合成法以及超聲波合成法。

2.1 熱溶劑法

這種方法是較早使用的，過程就是將反應(yīng)物溶解于有機(jī)溶劑中，然后加熱，在一定的溫度下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后得到相應(yīng)的金屬有機(jī)框架材料。這是相對比較簡單的方法，適合大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，成本較低，但是也存在污染嚴(yán)重，時(shí)間長等缺點(diǎn)。在合成的過程還需要針對不同的原材料添加不同物質(zhì)才能促使反應(yīng)的發(fā)生，例如擴(kuò)孔劑等。

2.2 緩慢擴(kuò)散法

與熱溶劑法相對應(yīng)，熱溶劑法需要許多的其他條件才能達(dá)到反應(yīng)的條件，而緩慢擴(kuò)散法則是相對比較安靜的方法，是一種更適合于用于研究的生產(chǎn)方法。將反應(yīng)物和有機(jī)溶劑按照比例混合好，放在密閉的容器內(nèi)，充分混合，然后靜置沉淀出金屬有機(jī)框架的晶體。這種方法生產(chǎn)的量相對較小，適合實(shí)驗(yàn)室研究等作用，優(yōu)點(diǎn)是污染較小，安全；缺點(diǎn)是時(shí)間較長，量比較少。

2.3 微波加熱合成法

介于上述兩種方法之間的方法，利用微波加熱提供所需的條件，相對熱溶劑法反應(yīng)條件有所降低，污染減?。幌鄬徛龜U(kuò)散法，可以縮短時(shí)間，提高產(chǎn)量。對于沒有工業(yè)生產(chǎn)的條件下是一種比較好的，創(chuàng)新的合成方法。

2.4 超聲波合成法

利用超聲波作為反應(yīng)條件，可以得到顆粒均勻的材料，但是所帶來的雜質(zhì)也較多，但是不需要溶劑，可以節(jié)約成本，也可用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。

3 金屬有機(jī)框架材料在生活中的應(yīng)用

就我們高中生而言，對于金屬有機(jī)材料的認(rèn)識一般都停留在理論的層面，沒有機(jī)會見到實(shí)際的成品，但是我們通過了解知道在現(xiàn)實(shí)生活中它們得到了實(shí)際應(yīng)用，做到了從實(shí)驗(yàn)室走出去到生活中體現(xiàn)價(jià)值。

3.1 在氣體儲存運(yùn)輸中的作用

在以前，針對氣體的儲存和運(yùn)輸一般情況下就是以壓縮氣體儲存在鋼制的壓力罐中進(jìn)行運(yùn)輸。存在一定的危險(xiǎn)性而且一般容器比較重，增加運(yùn)輸成本。利用金屬有機(jī)框架材料可以直接將氣體儲存在材料中。在目的地通過逆反應(yīng)將氣體再分離出來，達(dá)到運(yùn)輸?shù)哪康?。最常見的就是氫氣，氫氣容易爆炸，在常溫常壓下的管儲存運(yùn)輸都存在巨大風(fēng)險(xiǎn)，還有就是在天然氣的儲存運(yùn)輸方面，金屬有機(jī)框架材料有著巨大的市場潛力。

3.2 在發(fā)光材料領(lǐng)域的運(yùn)用

利用某些特殊金屬的一些電子轉(zhuǎn)移的特性，將這種金屬作為金屬中心合成金屬有機(jī)材料，可以通過控制條件控制不同的電子量轉(zhuǎn)移，致使材料本身產(chǎn)生不同顏色的熒光。可以運(yùn)用在道路標(biāo)志等需要醒目顏色的用途上。

3.3 在環(huán)境保護(hù)方面的運(yùn)用

由于金屬有機(jī)框架材料對于氣體有著的天獨(dú)到的性質(zhì)作用，那么我們可以研究生產(chǎn)針對某些個(gè)別有害氣體有吸附作用的材料用于吸收有害氣體再利用集中處理的方式達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。

4 討論

通過對金屬有機(jī)框架材料的簡要認(rèn)知，我們知道金屬有機(jī)材料由于其合成物的一些優(yōu)勢，可以解決許多傳統(tǒng)材料所無法完成的問題。比如針對氣體的儲存運(yùn)輸，比如在電子器械領(lǐng)域的作用。同時(shí)也減少了許多的危險(xiǎn)。雖然近幾年金屬有機(jī)材料的發(fā)展十分迅速，但是在一些比較關(guān)鍵的技術(shù)上，還是存在一定的難點(diǎn)，通過研究其性質(zhì)、結(jié)構(gòu)，可以讓我們更好地開發(fā)使用它。

5 結(jié)束語

以上是我進(jìn)行的一些總結(jié)，作為高中生，我們要在現(xiàn)有的高中教材范圍內(nèi)繼續(xù)擴(kuò)展我們的知識，不斷查閱相關(guān)的文獻(xiàn)加深我們對于金屬有機(jī)材料的認(rèn)識，為以后深入研究打下基礎(chǔ)。

[1]韋復(fù)華,梁釗,姚亮,羅云,趙帥奇,陳鼎.金屬有機(jī)框架材料的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代化工,2017,37(05):33-37.

[2]翟睿,焦豐龍,林虹君,郝斐然,李佳斌,顏輝,李楠楠,王歡歡,金祖耀,張養(yǎng)軍,錢小紅.金屬有機(jī)框架材料的研究進(jìn)展[J].色譜,2014,32(02):107-116.