CJC | 中国石油大学（华东）孙道峰教授团队：铁基金属-有机框架从合成、结构到多功能应用的近期研究进展

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铁基金属-有机框架从合成、结构到多功能应用的近期研究进展

    作为一种新兴的多孔晶体材料，金属-有机框架由金属离子/离子簇和有机配体通过配位键自组装形成，具有可定制的孔径、易功能化、丰富的活性中心、高孔隙率和大表面积等特点，因而吸引了全世界成百上千的科学家投身其中，并取得巨大进展。近年来，中国石油大学（华东）孙道峰教授团队对金属-有机框架进行了深入而全面的研究，相关科研成果已在众多国际著名学术期刊上发表（J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 10814.  J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 16517.  J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 8728.  J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 17716.  Chem 2022, 8, 3263.  Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 11350.  Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 17338.  Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 3840.  Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 6284.  Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 22372.  Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 11, 16682.  Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 5095.  Chem. Soc. Rev. 2021, 50, 1913. Coord. Chem. Rev. 2021, 443, 213968.  Coord. Chem. Rev. 2023, 482, 215039.  Coord. Chem. Rev. 2023, 489, 215175)。

在众多的金属-有机框架中，铁基金属-有机框架（Fe-MOF）因其可调性、良好的性质和化学多功能性引起了研究者的广泛兴趣。Fe-MOF的典型特征之一是不饱和金属中心（UMC）。在去除末端水分子之后，Fe-MOF的高稳定性使得Fe UMC能够存在。大量的工作已经证明UMC的重要性，它可以强烈地影响与气体分子的相互作用，从而促进特定气体分子的存储或分离。此外，UMC可以作为促进催化反应或调节反应物结合的活性位点。根据Pearson酸碱理论，Fe和有机配体中的O原子之间存在强Fe—O配位键。由于Fe离子属于强路易斯酸，大多数Fe-MOF与路易斯碱的羧酸配体自组装后，在有机溶剂或水中都能保持良好的稳定性。且与传统多孔材料相比，Fe-MOF在广泛的应用领域表现出更好的性能。同时，铁元素占地壳质量的5.1%，仅次于硅、氧和铝，在元素分布上居世界第四位。铁元素的商业可用性、丰富的来源和低毒性也促进了Fe-MOF的发展。近年来，Fe-MOF的合成方法日趋成熟，出现了各种结构多样、应用范围广泛的Fe-MOF。

近期，由中国石油大学（华东）孙道峰教授团队撰写的综述文章“Fe-Based Metal-Organic Frameworks: From Various Synthesis, Diverse Structures to Multifunctional Applications”重点介绍了近年来Fe-MOF合成方法的研究进展，结构的多样性，以及其在气体储存和分离、催化、生物成像和磁性中的应用。例如，机械化学、干凝胶转化、微波辅助、电化学、连续流动和喷雾干燥法替代传统加热；结构多样性，包括基于FeO6多面体、FeO4(OH)2链、Fe2(COO)4簇和Fe3(μ3-O)(COO)6簇等次级构建单元的三维复杂框架。此外，该综述亦包含了Fe-MOF的多功能应用，例如气体储存、气体分离、催化、生物成像和磁性等。该综述不仅可为Fe-MOF的设计合成提供参考，亦可为探索Fe-MOF的构效关系和功能导向提供依据。

图1  Fe-MOF的结构多样性和多功能应用

上述综述文章已发表于Chin. J. Chem. 2023, 41, 3772—3791. DOI: 10.1002/cjoc.202300368。该工作得到了国家自然科学基金、中央高校基础研究基金、山东省优秀青年科学基金（海外）的资助。

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《中国化学（英文）》（Chinese Journal of Chemistry）创刊于1983年，半月刊，由中国化学会、上海有机化学研究所联合Wiley共同主办。期刊覆盖化学全领域，发表有机化学、无机化学、物理化学、高分子化学、分析化学、材料化学、能源、催化等各学科领域的原始性、创新性成果，期刊历史悠久、审稿流程严格。2022年度影响因子为5.4，JCI指数0.92，5年影响因子4.4，2022年度CiteScore为7.5，SNIP指标为 0. 859。其中科院分区为化学综合2区。期刊先后收录于DOAJ、ESCI、SCIE等数据库。