MOFs(Metal-Organic Frameworks,金属有机框架)材料是一类由金属离子或金属簇与有机配体通过配位键连接而成的多孔材料,具有高度有序的结构和可调的孔隙性。根据金属中心、配体类型及结构特征,MOFs材料可以进行多种分类。
按金属中心可分为过渡金属、稀土金属、铝基、锌基和铜基MOFs;按有机配体可分为氧化物配体、芳香族配体和基于氨基酸的配体;按结构特征则可分为立方体、六方形、菱形和四面体结构等。
这些分类方式使得MOsF材料在气体存储、催化、分离、传感等领域具有广泛应用,为科学研究和技术创新提供了丰富的选择。
按金属节点分类
主族金属MOFs:以Ca、Mg等主族金属构建的MOFs,金属配位键能较弱,整体结构稳定性偏低,多数仅适用于低温、无水等温和环境。
过渡金属MOFs:以Fe、Co、Ni、Cu、Zn等过渡金属为构建单元的MOFs,因d轨道参与配位,在结构稳定性、催化活性及电子传输方面表现出更优异性能。
高价金属MOFs:如Zr、Hf、Al等高价金属构筑的MOFs,具备更出色的热稳定性、水稳定性和化学抗性,代表性材料有UIO-66和MIL-101等。

按配体结构分类
羧酸类配体MOFs:以1,4-苯二甲酸(BDC)及其衍生物等羧酸类配体最为常见,通过提供两个以上羧基与金属离子形成多配位结构,可构筑出MIL-101、UIO-66等经典材料。
咪唑类配体MOFs:主要用于构建类沸石金属有机框架(ZIFs),如ZIF-8,具有良好的热稳定性和水稳定性,适用于多种气体分离与纳米粒子负载体系。
杂环类配体MOFs:以吡啶、三唑等杂环类配体构建的MOF,不仅能有效与金属离子配位,还能在结构中引入额外的极性或活性功能团,使MOF具备更复杂的化学响应性。


按典型构型分类
IRMOF 系列:以MOF-5为原型,通过替换同构配体保持拓扑一致性与实现孔径调控,如IRMOF-3是在BDC配体上引入氨基官能团,显著提升其CO吸附选择性。
ZIF系列:由过渡金属(Zn/Co)与咪唑类配体构成,其金属-咪唑-金属键角与沸石si-o-si键角高度相似,形成了类沸石孔道的拓扑结构且具备超高稳定性,如ZIF-8的孔径为3.4Å,可应用于分子筛分。
PCN系列:以特定拓扑结构(如rht、ftw)为特征,基于次级构筑单元(如ZrO(OH)簇)并通过多齿配体构建的分级孔道材料,如pcn-222具有1D介孔通道(3.8nm)与微孔壁结构(1.1nm),可实现多尺度协同传质。
MIL系列:由férey团队开发,以三价金属(Al/Cr/Fe)与多元羧酸配位构建,其标志性结构mil-53(Al)表现出独特的“呼吸效应”,孔道尺寸可随温度/压力变化在8.5-13Å间可逆伸缩。
UIO系列:以[ZrO(OH)]八面体簇为节点,通过12个羧酸配体连接形成超高稳定性框架,如uio-66的配位数高达12,其分解温度超过500°C,在沸水中稳定存在7天,甚至在10mHCl中保持结晶性24小时。

按功能导向分类
吸附与储存类MOFs:主要用于气体如H₂、CO₂、CH₄的高效储存与选择性分离,依赖于其高比表面积和调控性孔径。
催化类MOFs:通过内建的Lewis酸中心、金属团簇或通过负载纳米金属粒子,形成高效的多功能催化平台,可广泛用于有机合成、小分子转化等领域。
导电型与光电响应型MOFs:借助共轭配体或电活性金属团簇,可用于光催化分解水、电催化CO₂还原及柔性电子器件等方向。
药物递送类MOFs:具备良好生物相容性、可控孔径和可生物降解性的MOF材料,可作为纳米药物递送平台,其结构的可调控性使得药物释放具有可预测性与靶向性。