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如圖一所示的MOF-5是由Yaghi課題組報道的最經(jīng)典的名為MOF-5的材料，其由簡稱BDC的對苯二甲羧酸和簡稱Zn4O的金屬節(jié)點組成。從微觀上看，8個節(jié)點和12個配體會圍成一個小立方體，而無數(shù)的配體和節(jié)點不斷向外延伸，就能像建造大廈一樣建造出一個巨大的框架結(jié)構(gòu)。

MOF-5的組裝和結(jié)構(gòu)示意圖

MOF擁有晶體結(jié)構(gòu)。晶體的意思就是物質(zhì)內(nèi)部的原子嚴(yán)格按照特定的規(guī)律整齊排列。MOF中的原子和他們圍成的孔道就像一座大廈里的磚瓦和房間，排列得整整齊齊。確定的結(jié)構(gòu)便于科學(xué)家們準(zhǔn)確的探討結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系，某些物理化學(xué)性質(zhì)也必須在原子整齊排列的情況下才會存在。

MOF的骨架可剛可柔。所謂剛性的骨架，是指在外界條件，如加熱、浸水、酸堿環(huán)境等惡劣條件下，骨架保持結(jié)構(gòu)完整而不坍塌、不變形。而柔性的骨架呢？就如同一座智能機器一樣，會隨著外界特定條件的改變，改變自身的形狀。

MOF的內(nèi)表面積極大。內(nèi)表面積是衡量多孔材料內(nèi)部空間的重要的性能參數(shù)。MOF擁有遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)多孔材料（活性炭、沸石等）的內(nèi)表面積，最高記錄為每克MOF有7000平方米的內(nèi)表面積，約等于一個標(biāo)準(zhǔn)足球場的面積。

MOF有著多樣和可控的結(jié)構(gòu)。MOF的兩個組成部分，有機配體和金屬節(jié)點，都可以有很多種設(shè)計和選擇。特別是有機配體部分，依托現(xiàn)在發(fā)展成熟的有機合成技術(shù)，幾乎可以得到任何你想要的有機配體，來組裝成不同的MOF。有機合成有多強大？現(xiàn)在這五光十色的世界里的各種塑料、染料、香料、藥物、織物等等非金屬的材料，絕大部分都是有機合成給人們帶來的產(chǎn)品。有這樣強大的一門合成化學(xué)為依托，MOF也就擁有了千變?nèi)f化的能力。

MOF的合成過程，通常稱為“自組裝”。所謂自組裝，可以理解為，化學(xué)家們把組裝MOF的原料，也就是有機配體和金屬鹽，按照一定的比例在溶液里混合、加熱，這些零件就會“自動”地按照MOF大廈的設(shè)計圖組裝在一起,而不需要化學(xué)家一磚一瓦的去建造。所以MOF是“自組裝材料”的一種。

MOF的應(yīng)用研究，主要圍繞著其“多孔材料”的身份進(jìn)行。研究得最多的幾個領(lǐng)域包括，氣體的吸附與分離、化學(xué)感應(yīng)、異相催化和藥物輸送。MOF的內(nèi)部孔道，就仿佛一個個小儲氣罐，能夠大量的儲存氣體分子，針對氫氣、甲烷、二氧化碳的儲存和分離，化學(xué)家們設(shè)計和建造了不同的MOF材料，獲得了很好的效果。有些MOF的孔道也可以扮演安檢X光機的角色，當(dāng)特定的分子進(jìn)入之后，MOF的性質(zhì)特別是熒光性質(zhì)會發(fā)生改變，實現(xiàn)對特定分子比如爆炸物分子的探測。當(dāng)用特定的催化劑分子或者金屬組裝為MOF的時候，就得到了具有催化功能的MOF。這樣的MOF就如同一座小小的加工廠，以很高的效率和速度把原材料裝載到孔道里進(jìn)行加工得到產(chǎn)物。MOF也可以扮演“緩釋膠囊”的角色，將藥物分子裝載到孔道里，然后在人體內(nèi)緩慢的釋放出來。

總結(jié)

綜上所述，MOF兼具無機材料和有機材料的特點，其結(jié)構(gòu)、功能和性能都可以在成熟的合成化學(xué)的支持下精確設(shè)計和調(diào)控。因此MOF材料可以應(yīng)用到各種領(lǐng)域里去。

目前還在實驗室的“溫室”里茁壯成長的MOF研究，未來必然要進(jìn)入到工業(yè)生產(chǎn)的領(lǐng)域中接受考驗。MOF材料尚欠缺的物理和化學(xué)穩(wěn)定性必須要得到解決。具有無機化學(xué)、有機化學(xué)、計算化學(xué)、生物化學(xué)、材料化學(xué)和化學(xué)工程背景的研究人員需要緊密合作，才能將MOF發(fā)展為一類真正可以大放光彩的有用的材料。

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