【干货速递】MOF明星材料UiO-66：从结构到应用的全面解析

在金属有机框架（MOF）材料中，UiO-66系列凭借其卓越的稳定性和可设计性，成为学术界与工业界的“宠儿”，本文带你快速掌握它的核心知识点！

1. 起源与命名

“UiO”的由来：UiO-66由挪威奥斯陆大学（University of Oslo）的Karl Petter Lillerud教授团队于2008年首次合成，命名源自大学缩写（UiO）和其晶体孔道直径（约6.6 Å）。

划时代意义：突破了传统MOF材料稳定性差的瓶颈，成为首个可在水、酸和高温中保持结构完整的MOF体系。

2. 结构特点

（1）核心构筑单元

金属簇：由6个锆（Zr）原构成的八面体簇，每个Zr原子与12个氧原子配位，形成超高稳定性骨架。

有机配体：对苯二甲酸（BDC）作为初始配体，通过羧酸基团与Zr簇连接，形成三维网络结构。

（2）拓扑结构

十二连接网络：每个Zr6簇连接12个BDC配体，形成罕见的fcu（面心立方）拓扑，具有八面体和四面体两种孔隙。

3. 合成路径

经典合成法：

溶剂热法：在DMF（N,N-二甲基甲酰胺）中，以Zr6和BDC为原料，120℃反应24小时。

关键调控参数：

调节剂：加入甲酸或乙酸可加速成核，控制晶体尺寸。

缺陷工程：通过调节配体/金属比例，可定向引入结构缺陷以增强吸附性能。

绿色合成趋势：

水热合成、微波辅助法、机械化学法等低能耗工艺逐渐成熟，推动工业化应用。

4. 孔隙特征

超高比表面积：Brunauer-Emmett-Teller（BET）比表面积可达1000-1500 m²/g。

双级孔道系统：

微孔：~6 Å（主孔道）和~8 Å（八面体笼）。

介孔：通过配体功能化或缺陷工程可扩展至2-5 nm。

耐湿热性：在300℃高温或沸水中浸泡一周仍保持结构完整。

5. 功能化变体

通过替换配体或后合成修饰，衍生出多种高性能变体：如UiO-66-氨基/-磺酸基/-羧基/-羟基等。

6. 核心应用场景

气体吸附分离：CO₂选择性达200以上，用于碳捕集与天然气净化。

多相催化：作为载体负载Pd/Au纳米颗粒，催化C-H键活化反应。

药物递送：负载阿霉素等抗癌药物，实现pH响应控释。

水处理：对砷酸盐、铅离子的吸附容量超500 mg/g。

数据来源： 

1. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 13850. 

2. Chem. Rev. 2020, 120, 8511. 

3. Nature Energy 2021, 6, 160.

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