隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)高性能材料需求的日益增長(zhǎng)，雙金屬有機(jī)框架(BMOFs)作為一類新型多孔晶態(tài)材料，憑借其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)和廣闊的應(yīng)用前景，在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出卓越潛力。通過(guò)引入第二金屬中心或混合金屬節(jié)點(diǎn)，BMOFs不僅保留了傳統(tǒng)MOFs的優(yōu)勢(shì)，更實(shí)現(xiàn)了性能增強(qiáng)與功能多元化。

DOI: 10.1016/j.ccr.2025.217114

●本綜述系統(tǒng)總結(jié)了BMOFs的基礎(chǔ)特性，包括高孔隙率、大比表面積、優(yōu)異的熱/化學(xué)穩(wěn)定性、豐富的活性位點(diǎn)、卓越的導(dǎo)電性以及可調(diào)控的組成/結(jié)構(gòu)。

●此外，深入探討了BMOFs的合成策略，如一鍋法合成、離子交換、模板輔助法及其他創(chuàng)新方法，并全面評(píng)述了其在吸附、催化、傳感及能源領(lǐng)域的最新應(yīng)用進(jìn)展。

●最后，本文提出了當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)與未來(lái)研究方向，強(qiáng)調(diào)優(yōu)化合成策略、拓展應(yīng)用邊界及構(gòu)建可持續(xù)體系的重要性，旨在為BMOFs及其衍生材料的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供理論依據(jù)與實(shí)踐指導(dǎo)。

隨著研究的深入和技術(shù)的進(jìn)步，BMOFs 面臨的挑戰(zhàn)也在逐漸顯現(xiàn)。本節(jié)將從三個(gè)方面探討其未來(lái)的發(fā)展方向：創(chuàng)新合成策略的優(yōu)化與提出、應(yīng)用有效范圍的拓展與探索，以及可持續(xù)系統(tǒng)的構(gòu)建與建立。

1.在未來(lái)，創(chuàng)新合成策略的優(yōu)化與提出將成為研究 BMOF（籠型金屬有機(jī)框架）的重要推動(dòng)力。能耗低且污染小的方法，如水相合成和微波輔助合成。通過(guò)引入由可再生資源衍生的金屬節(jié)點(diǎn)和有機(jī)連接體，可以構(gòu)建一個(gè)真正的綠色 BMOF 系統(tǒng)。采用一些創(chuàng)新的綠色合成策略，例如電化學(xué)沉積。通過(guò)生命周期評(píng)估和過(guò)程系統(tǒng)工程進(jìn)行優(yōu)化可以最大限度地減少能源消耗和排放。建立標(biāo)準(zhǔn)化的操作程序和質(zhì)量控制系統(tǒng)可以增強(qiáng)工藝的穩(wěn)健性和可擴(kuò)展性。

2. 為了進(jìn)一步擴(kuò)大 BMOFs 的有效應(yīng)用范圍，研究人員致力于開(kāi)發(fā)具有特定功能或智能響應(yīng)特性的 BMOF 材料。一方面，可以引入功能基團(tuán)或其他納米材料，使 BMOFs 具備新的物理化學(xué)性質(zhì)。另一方面，在智能設(shè)計(jì)方面，BMOF 的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)特性為智能響應(yīng)提供了可能性。除此之外科學(xué)家們還在探索更多新穎的應(yīng)用模式，例如利用 BMOF 的熒光特性來(lái)構(gòu)建高靈敏度的生物探針，或者將 BMOF 用作模板來(lái)合成具有特殊形態(tài)和特性的納米結(jié)構(gòu)。

3. 未來(lái)的研究應(yīng)更多地關(guān)注采用綠色合成路線來(lái)減少 BMOF 制備過(guò)程中的環(huán)境影響。首先，在原材料選擇方面，必須積極探索源自可再生資源的金屬節(jié)點(diǎn)和有機(jī)連接劑，以構(gòu)建一個(gè)真正綠色的 BMOF 系統(tǒng)。其次，在合成過(guò)程中，應(yīng)盡可能避免使用有毒有害的溶劑，并優(yōu)先采用低能耗、低污染的方法，如水相合成和微波輔助合成。制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于確保 BMOF 產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性至關(guān)重要。

圖1. 關(guān)于 BMOFs 研究的整體框架示意圖。

圖2. 雙金屬有機(jī)框架的合成策略。

圖3. BMOFs的一鍋法合成與離子交換技術(shù)示意圖。a)動(dòng)力學(xué)調(diào)控的雙金屬M(fèi)OF-LDH異質(zhì)結(jié)；b)鑭-鋯MOF(La-Zr MOF）；c)鈷基MOF納米片(CoM-MOF nanosheets)。

圖4. BMOFs的模板合成與電沉積技術(shù)示意圖。a)多形貌鈷鐵MOF(CoFe-MOF)；b)鎳/銅雙金屬M(fèi)OF薄膜(Ni/Cu BMOFs films)；c)鈰/鎳MOFs合成(Ce/Ni-MOFs synthesis)。

圖5. BMOFs的微波輔助合成技術(shù)示意圖。a)鋅鍺氧化物納米線束(Zn?GeO? nanowire bundles)；b)ZIF67/ZIF8復(fù)合框架材料。

圖6. 各種硼金屬有機(jī)框架材料的應(yīng)用示意圖。

圖7. BMOFs的吸附性能示意圖。a)鋅鈷ZIF@芳綸納米纖維氣凝膠(Zn/Co-ZIF@ANF aerogels)；b)鎂鈣/DOBDC MOFs的CO?吸附性能(Mg-Ca/DOBDC MOFs for CO?)。

圖8. BMOFs的吸附機(jī)理示意圖。a)鈦鋯雙金屬有機(jī)框架(BMOF-Ti/Zr)；b)鋁錳MIL-53框架(Al-Mn MIL-53)。

圖9. 鋯鑭雙金屬有機(jī)框架@201(Zr-La-MOFs@201)對(duì)有機(jī)磷的吸附機(jī)理示意圖。

圖10. BMOFs的催化性能示意圖。a)鎳鈷雙金屬M(fèi)OFs的合成(Ni-Co MOFs)；b)產(chǎn)氫原理示意圖；c)多孔PSN-250(Fe?Co)雙金屬催化劑；d)鈰鉻/ZIFs-8催化機(jī)理(Ce-Cr/ZIFs-8)。

圖11. BMOFs的傳感應(yīng)用示意圖。a)鋱銪比例調(diào)控的BTC傳感器(Tb?/Eu???-BTC)及其二吡啶甲酸(DPA)檢測(cè)機(jī)理；b)比色傳感器陣列(Colorimetric sensor array)；c)鈰鋯UiO-66@牛血清白蛋白-恩諾沙星免疫傳感器。

圖12. Fe?O?@SiO?@Ce/Zr-UiO-66復(fù)合材料的傳感機(jī)理示意圖。

圖13. BMOFs在能源領(lǐng)域的應(yīng)用示意圖。a)NdFeMOFs@700-PP電極的制備及其軟體驅(qū)動(dòng)器工作機(jī)制；b)鈷鎳MOF電極的制備及其在混合超級(jí)電容器(HSC)中的應(yīng)用示意圖。

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010854525006848

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