因此，作为一类先进的多孔材料，MOFs已经成为科学研究的热门课题。

1.2 MOFs的结构

MOFs材料的主体结构是由次级结构单元（Secondary Building Unit，SBU）与有机配体之间的相互连接来构筑的。通常，金属有机骨架（MOFs）是高度多孔的（高达90％的自由体积），具有大的内表面积（高达6000 m²∕g）的结晶和热稳定材料。由于MOFs是由无机金属和有机配体组成的混合材料，因此可以使用合理的设计来预测其构建的可能性。这些材料可以通过使用各种金属离子（如Al，Zr，Cr，Fe，Ni，Cu，Zn等）和有机配体（即聚碳酸酯，磺酸盐，膦酸盐，咪唑盐，吡啶等）制备得到[7-9]。可以通过选择适当的金属离子和反应条件，原位建立各种二次建筑单元（SBU）（如四面体，八面体，立方，菱形十二面体等）。此外，仔细选择有机配体对合成具有大孔隙的MOFs材料提供了方便。

MOFs材料的一个有趣的特征是金属离子、有机配体或合成条件的微小变化可导致结构特性（如拓扑、腔体尺寸等）的显著变化。在应用的角度来看，具有空隙空间的较大空腔非常适用于储存气体和液体，也适用于通过主客体相互作用分离和催化。此外，这些材料的热稳定性和化学稳定性对于在空腔内进行的反应和可回收性至关重要[10-11]。除了这些特征之外，关于MOFs材料的一个严重问题是框架活化时的稳定性，因此需要在合成时从MOFs的空腔中除去溶剂分子或试剂，形成真空状态。所以，在这些情况下，必须在MOFs活化中应用超临界干燥等特殊技术。在一些MOFs中，这种活化形式可以保留框架几何结构，并产生空白配位点，以激活催化作用。

1.3 MOFs的设计与合成

1.3.1 MOFs的设计

MOFs材料可以通过将金属离子或金属氧化物和多孔有机支配体连接在一起来制备。具有不同功能特性的有机配体，如多齿芳族羧酸盐（图1-1），已被用于开发新的MOFs。类似地，如图1-2所示，过渡金属离子的配位几何形状在指导其结构框架方面是至关重要的。使用金属离子和配体的选择最终决定了获得的空间网络类型。图1-3描述了金属和有机连配体形成的MOFs， OeKeeffe和 Yaghi广泛展开了解MOFs设计背后的基本原理[12]。

（1）MOFs的拓扑

拓扑上，所有MOFs材料都包括由金属离子和氧原子构成的二次建筑单元（SBU）。此外，有机配体也是连接MOFs组件中SBU的重要组成部分。为了能够预测其结构，已经采用了SBU的概念。这些简单的几何实体由无机簇组成，由有机配体连接以形成框架产物，图1-4说明了由Yaghi及其同事定义的可能的SBU。MOFs的发展为结构图提供了新的维度，即结晶材料通过分子簇（如三角形，正方形，四面体和八面体形状的SBU）组装。

（2）MOFs的尺寸

   MOFs是具有不同维数和不同拓扑结构的多孔结晶材料，其框架是基于金属离子和有机配体连接方式所决定的，是具有多功能的特殊材料 [13-15]。MOFs可以分为含有客体物质或不含客体物质，这取决于其结构尺寸（图1-5）。在一维（1D）MOFs中，配位键分布在聚合物的一个方向上，并且可能有空隙容纳小尺寸分子。在（2D） MOFs中，单个层叠加或者通过边缘到边缘类型交错的堆叠，其中层之间存在弱相互作用，构成层的配体的改变可以控制通道内部的堆叠的方式。在二维结构中存在客体分子的两种可能性：（i）空间层间具有网格，（ii）层与层之间有空间。在3D MOFs中，框架具有高度多孔性和稳定性，在大多数MOFs中都可以看到3D柱状层和网格。π-π堆叠和非粘结的氢键有助于构建单元（1D，2D，3D框架）之间的联系。这些相互作用不仅将框架转换为无限高维网络，也控制自己的功能和方向性。