和所有納米材料一樣,MOF最開始也是集中于新結構的合成。經過20年的發展,MOF研究的重點逐漸轉變為通過對已知結構材料的設計來探索新的物理、化學性能。
雖然MOF是一種晶態的納米多孔材料,但是,多年的研究發現,這種晶態材料具有很大尺度的柔性,并且存在缺陷和長程無序。有鑒于此,Thomas D. Bennett等人就MOF中的缺陷、無序和柔性之間的相互作用展開了具體討論,希望借此啟發研究人員開發更多的功能性MOF材料!
MOF的柔性、缺陷和無序都和熵有關,它們取決于分子內部的高維度自由度。熵在加熱制備無序MOF中起到重要作用,并為缺陷的形成提供熱力學驅動力。
圖1. MOF中的柔性、缺陷和無序
MOF相比傳統納米多孔材料具有更好的可壓縮性。研究表明,這種柔性與其成鍵作用力較弱、孔隙度更高有關。另外,MOFs的柔性很可能與其內部的缺陷有很大關聯。
圖2. MOF中的柔性與缺陷
溫度誘導MOFs實現更好的柔性,已經見諸報道。研究人員認為,這可能是因為高溫增強MOFs結構的無序化,從而增強柔性。另一方面,已有研究表明,柔性也可能導致MOFs結構的無序。
圖3. MOF中的柔性與無序
高度有序的MOFs往往來源于配位自組裝和高度定向的成鍵。在MOFs形成過程中,破壞二次長程聚集行為,將引起缺陷配位,并得到無序的團聚顆粒物。
圖4. MOF中的柔缺陷與無序
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Thomas D. Bennett, Fran?ois-XavierCoudert et al. Interplay between defects, disorder and flexibility inmetal-organic frameworks. Nature Chemistry 2017, 9, 11–16.