多级孔金属有机骨架材料的合成及其在生物医药中的应用研究进展

王晓晨

（中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院，上海201208）

金 属 有 机 骨 架（metal−organic frameworks，MOFs）是一类由金属离子或金属簇与有机配体连接形成的晶体多孔材料。1995 年，Yaghi 课题组[1]以金属钴为金属位点，以吡啶为配体合成了首例MOFs 材料。此后合成MOFs 的金属从过渡金属逐渐拓展至碱金属和稀土金属。配体通常采用含氧羧基配体、含氮有机配体、磷酸盐和磺酸盐等[2−4]。不同金属和配体构筑的MOFs 具有不同的结构和性能[5]。

MOFs 具有高比表面积、孔道结构规整均一、孔道尺寸可调节、密度低、结晶度高和易于修饰等特点[6−10]，因此在催化、气体吸附分离、光电材料和有机合成等诸多领域具有广阔的应用前景[11−16]。MOFs 家族发展至今，已有MOF−5、HKUST−1 和ZIF−8 等多种不同拓扑结构的MOFs 材料，由此制备的MOFs 薄膜、微球等功能材料可以应用于诸多领域[17−21]。多孔材料按孔径大小可以分为微孔（＜2nm）、介孔（2～50nm）和大孔（＞50nm)。传统MOFs 以孔径小于2nm的微孔结构为主，过小的孔道不利于反应分子的扩散和传输，限制其在大分子反应中的应用。2004 年，Férey 课题组[22]开发出具有罐笼结构的MIL−100，这一材料具有0.65nm的微孔和2.5～3.0nm 的介孔，这种多级孔MOFs 兼具微孔和介孔材料的优势，同时具有良好的水热稳定性和化学稳定性。它的出现改变了传统微孔MOFs 受限于孔道结构无法参与大分子反应的缺点，还可以提高MOFs材料的比表面积和稳定性[23]，因此近年来开发稳定的孔径可调节的微孔−介孔和微孔−介孔−大孔MOFs 引起科学界的关注[24−27]。多级孔MOFs 材料不仅在传统MOFs 应用领域有良好的表现，孔道尺寸适宜的多级孔MOFs还可以负载酶、胰岛素和蛋白质等大分子，在生物医药、能源存储、传感、催化和光电材料等领域有广阔的应用潜力[28−32]。……