IF 16.4！MOF上生长MOF:诱导天然不偏好MOF和非典型MOF生长

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为了特定目的和知识探索,大量金属有机框架(MOFs)已从广泛的金属和有机组分中合成出来。每种MOF都有独特的化学和结构特性,这些特性由所包含的组分、金属离子(或簇)、有机连接体及其固有的配位相互作用所决定。这些组分和结构特性是影响MOF基本性质和后续应用的两个关键因素。因此,考虑到它们固有的化学和结构性质,选择适当的金属和有机组分对于赋予最终MOF所需性质至关重要。最终,使用理想组分生产具有所需结构的MOF是实现具有所需性质、为特定目的量身定制的最佳MOF的最佳方法。然而,从选定的组分中获得预期结构的MOF仍然不够发达。在许多情况下,最终的MOF结构由所选组分和给定反应条件的热力学和/或动力学优先配置(指自然偏好结构)决定。此外,生产具有复杂组分、结构和形态的混合MOF为获得具有先进性质和功能的特殊MOF提供了巨大机会。

在这篇综述中,我们概述了我们小组过去几年通过诱导MOF上MOF生长过程来开发天然不偏好MOF以及通过非标准MOF上MOF生长来开发非典型混合MOF的努力。首先,我们强调了基于模板诱导MOF上MOF生长来生产天然不偏好MOF的主要策略。在这一部分,我们讨论了两种基本生长行为,即天然不偏好MOF的各向同性和各向异性生长,这取决于两种MOF的晶胞晶格之间的匹配程度。其次,我们介绍了MOF农业的概念,用于生产性培养和有效收获通过MOF上MOF生长制成的天然不偏好MOF。在这里,我们讨论了选择理想MOF模板进行生产性生长的重要性,以及开发有效方法收获培养的MOF。接下来,我们描述了两种晶胞晶格不匹配的MOF之间的非典型各向异性MOF上MOF生长。在这一部分,我们介绍了涉及次级MOF自我结构调整的尖端到中间MOF上MOF生长、基于MOF上MOF生长行为和形态特征对未识别MOF结构的逻辑推断,以及伴随模板刻蚀和转化的MOF上MOF生长。最后,我们讨论了MOF上MOF生长和天然不偏好MOF合成的前景和挑战。我们希望这篇综述能为具有所需结构和组成特性的MOF的合理设计和开发提供有价值的见解,从而创造出理想的MOF。

创新点:

1. 提出了MOF上MOF生长的新概念,用于合成天然不偏好的MOF结构。

2. 开发了模板诱导MOF上MOF生长策略,实现了各向同性和各向异性生长。

3. 提出了"MOF农业"概念,用于培养和收获天然不偏好的MOF。

4. 描述了非典型各向异性MOF上MOF生长,包括自我结构调整、逻辑推断未知结构等新现象。

5. 探讨了MOF上MOF生长过程中的刻蚀和转化现象。

对科研工作的启发:

1. 强调了在材料合成中突破自然偏好结构限制的重要性,为设计新型材料提供了思路。

2. 展示了利用模板效应控制材料生长的策略,这可以应用于其他纳米材料的合成。

3. "MOF农业"概念提供了一种新的思考材料合成和收获的方式,可能启发其他领域的类似方法。

4. 强调了对材料生长过程的深入理解对于控制最终结构和性能的重要性。

思路延伸:

1. 探索将MOF上MOF生长策略应用于其他类型的多孔材料,如共价有机框架(COFs)或沸石。

2. 研究MOF上MOF结构在催化、气体吸附、分离等应用中的独特优势。

3. 开发基于MOF上MOF生长的新型传感器或智能材料。

4. 探索利用MOF上MOF结构制备具有复杂层次结构的功能材料。

5. 研究MOF上MOF生长过程中的界面现象,以更好地控制生长过程和最终结构。

6. 探索将MOF上MOF生长与其他合成技术(如3D打印)结合,制备具有精确控制结构的大尺寸MOF材料。

7. 开发基于MOF上MOF结构的新型药物递送系统,利用其独特的多孔结构和可调控性。

MOF-on-MOF Growth: Inducing Naturally Nonpreferred MOFs and Atypical MOF Growth

Sujeong Lee, Gihyun Lee, Moonhyun Oh

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