研究背景

金属有机框架（metal-organic frameworks，MOFs）作为配位聚合物的一个新兴子类，由于其结构可调、具有精确的尺寸以及形态可控的特性，在整个材料科学领域中备受关注。近年来，诸多研究发现MOFs的形貌及功能受到结构的诱导而发生变化，可以形成特殊的形态、可控的纳米结构、超高的孔隙率和大的比表面积，并被广泛应用于环境和能源领域。鉴于此，为了更便捷、可控地合成理想的晶体材料，需深入研究影响MOFs功能和形貌的因素，进而实现MOFs材料在多尺度下的结构控制。

全文概述

第一部分：综述从合成MOFs的基础结构出发，详细讨论了各个内部因素对晶体形貌的作用。内部因素包括：金属离子半径的差异决定晶体各向异性/同性生长；有机配体的宽度、长度及官能团影响外延生长；单核及多核次级构筑单元改善孔隙结构；溶剂种类诱导生成特定形态；表面活性剂修饰形貌。

第二部分：围绕着载体效应，讨论了单层石墨烯、气凝胶、聚苯乙烯微球等基底在生成二维薄膜、三维镂空结构的机理作用，并重点关注了以MOFs为模板在合成中空形貌、核壳结构、自组装、超结构形貌的独特优势。

第三部分：讲述了近年来合成MOFs新颖的制备方法，包括化学气相沉积、电化学合成、喷雾干燥法、化学刻蚀法、机械研磨法、3D打印等，用于制备薄膜、纳米阵列、空心球等具有特殊形貌结构的晶体材料。

第四部分：详细介绍了MOFs及其衍生物在储气、染料吸附、电催化、燃料电池、异相催化、载药领域的应用研究，充分证明了结构调整和形貌修饰对于MOFs应用于实际的重要性。

总结展望

根据合成MOFs的各种影响因素，提出了许多方法来制备相应的特殊形貌和的纳米结构，但精确控制其尺寸和形状的能力还不能令人满意。在此基础上，提出了一些观点：1）加深对配位原理的理解，深入研究MOF晶体形成的动力学和热力学机理；2）研究模板的性质和选择合适的衬底将为优化MOFs提供一个良好的平台；3）对多金属MOFs进行原子精确的结构表征和建模计算，加深构效关系的基本理解；4）加强金属离子与有机配体之间配位键的强度，实现可逆的结构转变，有效提高稳定性。

本论文以“Structure-Directed Growth and Morphology of Multifunctional Metal-Organic Frameworks”为题发表在《Coordination Chemistry Reviews》上。温州大学为第一通讯单位，温州大学化材学院2019级硕士研究生黄淇为第一作者，温州大学化材学院钱金杰副教授和杨云教授为通讯作者。该工作受到国家自然科学基金（52171145，21601137）、浙江省自然科学基金（LQ16B010003）、浙江省温州市基础科学研究项目（G20190007）和云南省地方本科高校基础研究联合专项资金项目（202101BA070001-042）的资助。

参考文献：

Qi Huang, Yun Yang and Jinjie Qian. Structure-directed growth and morphology of multifunctional metal-organic frameworks. Coordin. Chem. Rev., 2023, 484, 215101.

https://doi.org/10.1016/j.ccr.2023.215101