金屬-有機骨架材料的構效關係及設計(POD)（簡體書）

納微結構材料，由於其結構特性，在多方面表現出優異的性能。近十年來，一類被稱為“金屬有機骨架材料”的有機無機雜化納米多孔材料受到了廣泛關注，成為新材料領域的研究熱點與前沿之一。目前，從事MOF材料研究的人員逐年增加，而其亦正在從實驗室逐步走向工業化。由於結構較傳統的多孔材料複雜、多樣，MOF材料的結構。性能關係的研究尚存在較大挑戰，從而影響了對MOF材料的主動設計。《現代化學進化叢書：金屬-有機骨架材料的構效關係及設計》針對此問題，主要介紹MOF材料構效關係的研究進展，特別是利用計算化學與分子模擬等先進手段獲得的成果，不僅使讀者掌握MOF材料的構效關係，用於指導實驗合成與應用，還可以對計算手段有一個總體的瞭解，從而促進計算科學與技術在材料領域的應用。《現代化學進化叢書：金屬-有機骨架材料的構效關係及設計》內容深入淺出，並提供豐富的研究實例，適合化工、材料、化學等領域的相關研究人員閱讀參考。

仲崇立，1966年4月生，1993年獲北京化工大學工學博士學位，1995年4月至1998年5月任日本廣島大學化工系助理教授，1998年6月至1999年8月任荷蘭代爾夫特理工大學博士後研究員，1999年9月至今．任北京化工大學教授、計算化學研究室主任。擔任國際雜誌E-Journal of Chemistry，The Open Thermodynamics Journal編委。長期從事面向化工、環境、能源等領域應用的納微結構材料的分子模擬與設計研究，主持國家傑出青年科學基金項目、國家自然科學基金重點項目等多項課題，發表SCI收錄論文1 80餘篇，國務院“享受政府特殊津貼專家”，獲高等學校科學研究優秀成果獎（自然科學獎）二等獎、北京市科學技術獎二等獎（基礎類）、教育部“高校青年教師獎”等6項科技與人才獎勵。

《金屬-有機骨架材料的構效關系及設計》內容深入淺出，并提供豐富的研究實例，適合化工、材料、化學等領域的相關研究人員閱讀參考。

前言
第1章概述
1．1金屬一有機骨架材料簡介
1．2金屬有機骨架材料的主要研究方向
1．2．1材料合成
1．2．2儲能性能
1．2．3分離性能
1．2 ．4催化性能
1．2．5穩定性
1．2．6其他方面
1．3常見的金屬一有機骨架材料
1．3．1 IRMOF系列材料
1．3．2具有孔籠一孔道結構的MOF材料
1．3．3 MIL系列材料
1．3．4 CPL系列材料
1．3．5 ZIF系列材料
1．3．6 NN系列材料
1．3．7 UiO系列材料
1．3．8混合配體MOF材料
1．3．9混合金屬MOF材料
參考文獻

第2章金屬一有機骨架材料的製備方法
2．1 MOF材料的合成方法
2．1．1水熱／溶劑熱合成
2．1．2微波合成
2． 1．3超聲合成
2．1．4離子熱合成
2．1．5電化學合成
2．1．6機械合成
2．2 MOF材料活化方法
2．2．1溶劑交換活化
2．2．2高溫煅燒活化
2．2．3超臨界CO2活化
2．2．4超聲活化
參考文獻

第3章金屬一有機骨架材料的計算化學研究方法
3．1量子化學方法
3．1．1第一性原理方法
3．1．2密度泛函理論
3．2分子力學方法
3．3分子模擬方法
3．3．1蒙特卡羅方法
3．3．2分子動力學方法
3．4 MOF材料領域計算化學研究綜述
參考文獻

第4章金屬一有機骨架材料吸附性能的構效關係研究
4．1氫氣的存儲
4．1．1 MOF儲氫量與儲氫機理
4．1．2 MOF儲氧的構效關係
4．1．3提高MOF材料儲氫能力的方法與材料設計
4．1．4氫氣在MOF材料中吸附的量子化效應
4．2甲烷的吸附
4．2．1 MOF材料中CH4的吸附量與吸附機理
4．2．2 MOF材料中CH4吸附的構效關係
4．2．3提高CH4吸附量的MOF材料設計
4．3二氧化碳的吸附
4．3．1 MOF材料中CO2吸附的構效關係
4．3．2 MOF材料靜電特性對CO2吸附的影響
4．4其他氣體分子的吸附
參考文獻

第5章金屬一有機骨架材料中氣體擴散性質的構效關係研究
5．1 MOF材料中氣體擴散研究簡介
5．2 MOF材料的金屬簇和有機配體對氣體擴散性質的影響
5．3 MOF材料的互穿結構對氣體擴散性質的影響
5．4二氧化碳在MOF材料中的擴散
5．5孔籠孔道結構對MOF中氣體擴散的影響
5．6 MOF材料的柔韌性對氣體擴散的影響
5．6．1 MOF柔性力場研究簡介
5．6．2不同氣體在同一種柔性骨架材料中擴散的構效關係
5．6．3同一氣體在不同柔性骨架材料中擴散的構效關係
參考文獻

第6章金屬一有機骨架材料分離性能構效關係研究及設計
6．1研究方法的開發
6．1．1 MOF材料靜電特性的研究方法
6．1．2 MOF骨架原子電荷的快速估算方法
6．1．3微觀選擇性
6．1．4 “吸附度”及MOF分離性能QSPR模型的建立
6．2吸附分離
6．2．1與CO2相關的吸附分離研究
6．2．2烯烴和烷烴氣體混合物的吸附分離研究
6．2．3其他氣體混合物
6．3膜分離
6．3．1 MOF膜研究進展簡介
6．3．2 MOF膜的構效關係研究
6．4強化分離效果的途徑
6 4．1調整孔徑大小及形狀
6．4．2引人互穿結構
6．4．3化學改性
參考文獻

第7章共價有機骨架材料簡介
7．1 COF材料的吸附與擴散性能研究
7．1．1 COF材料的儲氣性能
7．1．2 COF材料中的氣體擴散性能
7．1．3 COF材料儲氣性能的構效關係
7．1．4提高COF材料儲氣性能的材料改性與設計
7．2 COF材料的分離性能研究
7．3 C0F材料的熱膨脹與機械性能研究
7．4 COF材料的其他性質研究
參考文獻

第8章MOF材料構效關係研究與設計展望
8．1概念創新
8．2方法創新
8．3面向應用的MOF合成與設計
8．4 MOF材料穩定性與力學性能研究
8．5虛擬MOF材料設計與篩選方法開發
參考文獻

5.6 MOF材料的柔韌性對氣體擴散的影響
相比于傳統的多孔材料，如沸石、活性炭等，MOF材料的一個特性是骨架具有較大的柔韌性，在外部因素作用下，如客體分子、溫度、壓力等，其晶體結構可發生變形甚至坍塌。與吸附性能相比，MOF材料的這種骨架柔韌性對擴散的影響更大。因此，了解MOF材料的柔韌性對客體分子擴散的影響，不僅具有重要的科學意義，也是實際應用的需要。由于擴散性質的測定具有較大的難度，因而目前實驗數據很少。此外，通過實驗獲得的是氣體在材料中的總體擴散性質，無法區分材料柔韌性的貢獻。在這方面，分子模擬具有優勢：可通過采用剛性和柔性力場進行對比研究，直接獲得材料柔韌性對氣體擴散速率和路徑影響的知識。因此，本節主要介紹利用分子模擬方法研究MOF材料柔韌性對氣體擴散影響的成果。
5.6.1 MOF柔性力場研究簡介
該方面的一個較早的工作是，Huang等采用量化計算中從頭計算的方法，開發出了一套可描述MOF一5柔韌性的分子力場，并利用該力場研究了MOF一5在200～500K的溫度范圍內的熱導率。Greathouse等參考了氧化鋅的Bucking—ham參數和CVFF力場的有機部分的參數，也提出了一套描述MOF—5柔性的力場，并以此研究了水分子對MOF—5穩定性的影響，發現MOF—5中含2.3％的水時，材料骨架結構會遭到破壞。此外，他們還應用此力場研究了MOF—5材料的振動頻率、熱收縮率和彈性模量等性質。Dubbeldam等采用類似的方法也開發出MOF—5的力場，由于其使用了CO2和CH4在MOF—5中的吸附等溫線來調整MOF—5中鋅和氧原子的范德華參數，因此該力場除了可以描述MOF—5的晶格結構外，還能夠很好地描述MOF—5中氣體的吸附性質。Tafipolsky等在量化計算的基礎上擴展了MM3分子力場，并利用了材料的振動頻率來修正力場參數。因此該力場能夠非常好地描述MOF—5的晶格參數，而且在用于研究苯分子在MOF—5中的擴散時，成功地預測了苯分子在MOF—5中的擴散系數。他們指出材料的柔性會導致材料中苯環的轉動，并對分子的擴散系數計算產生較大的影響。