本书为“低维材料与器件丛书”之一。金属-有机框架（MOF）材料作为一种新兴的晶态多孔材料，具有丰富可调的组分和多孔结构。相较于早期围绕MOF材料的结构设计合成及常规性能研究，近年来，越来越多的研究开始转向具有可控形貌的MOF纳米材料及其复合物和衍生物，有效地克服了MOF材料本身的缺陷，提升了MOF性能并赋予更多的功能性，它们在吸附与分离、载药、催化、储能、传感及环境保护等应用领域表现出独特的优势。本书系统介绍了纳米MOF材料及其复合物和衍生物的制备策略，以及其在诸多领域的应用，同时还着重阐述了材料的结构与性能之间的构效关系，并对这类材料的制备与应用的发展趋势和面临的挑战做了前瞻。
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总序
前言
第1章 绪论 1
参考文献 3
第2章 MOF材料的合成和特性 4
2.1 概论 4
2.2 常规合成方法 6
2.2.1 普通溶液法 6
2.2.2 扩散法 6
2.2.3 水（溶剂）热法 7
2.2.4 固相反应法 9
2.2.5 电化学合成法 10
2.3 合成后修饰 11
2.3.1 配位键合成后修饰 12
2.3.2 共价键合成后修饰 17
2.4 特性 19
2.4.1 多孔性 20
2.4.2 框架柔性 24
2.4.3 发光 26
2.4.4 导电性 29
2.4.5 磁性 33
2.5 表征 35
2.5.1 X射线测试 35
2.5.2 吸脱附测试 39
2.5.3 光谱测试 40
2.5.4 电子显微镜表征 42
2.5.5 其他表征 47
2.6 小结 48
参考文献 48
第3章 纳米MOF及复合物的合成 57
3.1 概论 57
3.2 零维MOF的合成 58
3.3 一维MOF 的合成 59
3.3.1 调制剂合成法 59
3.3.2 模板法 59
3.3.3 重结晶法 60
3.3.4 微乳液法 61
3.3.5 化学微液流法 62
3.4 二维MOF的合成 62
3.4.1 自上而下合成法 63
3.4.2 自下而上合成法 68
3.5 三维纳米MOF的合成 72
3.5.1 自组装超结构 73
3.5.2 分级多孔结构 77
3.5.3 核壳结构 81
3.6 纳米MOF复合物的合成 83
3.6.1 金属-MOF复合物 83
3.6.2 量子点-MOF复合物 86
3.6.3 多金属氧酸盐-MOF复合物 87
3.6.4 酶-MOF复合物 88
3.6.5 有机分子-MOF复合物 88
3.6.6 二氧化硅-MOF复合物 90
3.6.7 聚合物-MOF复合物 90
3.6.8 其他功能材料-MOF复合物 91
3.7 小结 91
参考文献 92
第4章 纳米MOF及复合物的应用 98
4.1 概论 98
4.2 气体存储和分离 98
4.2.1 气体存储 98
4.2.2 气体分离 103
4.3 药物负载与传递 111
4.4 热催化 116
4.5 电化学催化 122
4.5.1 氧气还原 122
4.5.2 氧气析出 126
4.5.3 氢气析出 132
4.6 光催化 138
4.7 超级电容器 143
4.8 电池 149
4.8.1 锂离子电池 149
4.8.2 锂硫电池 158
4.8.3 锂空气电池 163
4.8.4 钠离子电池 168
4.8.5 钾离子电池 173
4.9 小结 178
参考文献 179
第5章 纳米MOF衍生物的合成 195
5.1 概论 195
5.1.1 直接热解法 196
5.1.2 客体包覆热解法 197
5.1.3 基底辅助热解法 198
5.1.4 湿化学法结合热解法 199
5.2 纳米MOF衍生碳材料的合成 199
5.2.1 前驱体选择 200
5.2.2 形貌控制 203
5.2.3 掺杂控制 205
5.3 纳米MOF衍生金属氧化物的合成 208
5.3.1 铁氧化物 208
5.3.2 钴氧化物 209
5.3.3 镍氧化物 210
5.3.4 钛氧化物 212
5.3.5 铟氧化物 212
5.3.6 铜氧化物 212
5.3.7 锌氧化物 213
5.3.8 铈氧化物 213
5.3.9 钌氧化物 214
5.3.10 锡氧化物 214
5.3.11 锆氧化物 214
5.3.12 金属氧化物复合物 215
5.4 纳米MOF衍生金属氢氧化物的合成 215
5.5 其他纳米MOF衍生金属化合物的合成 220
5.5.1 硫化物 220
5.5.2 磷化物 224
5.6 纳米MOF衍生金属/金属化合物与碳的复合物的合成 226
5.6.1 金属/碳复合物 229
5.6.2 金属氧化物/碳复合物 234
5.6.3 金属氢氧化物/碳复合物 236
5.6.4 金属硫化物/碳复合物 237
5.6.5 金属磷化物/碳复合物 239
5.6.6 其他金属化合物/碳复合物 241
5.7 纳米MOF衍生单原子分散金属负载碳的合成 243
5.7.1 MOF金属节点分散金属原子 244
5.7.2 MOF有机配体分散金属原子 246
5.7.3 孔限域分散金属原子 248
5.7.4 异原子调制策略制备双原子催化剂 249
5.7.5 自上而下法制备单原子分散金属负载碳 250
5.7.6 小结 253
5.8 MOF衍生碳基超结构的合成 254
参考文献 257
第6章 纳米MOF衍生物的应用 269
6.1 概论 269
6.2 气体分离和存储 270
6.2.1 储氢 270
6.2.2 二氧化碳吸附和分离 273
6.2.3 低分子量烃类吸附分离 278
6.2.4 挥发性有机物的吸附与分离 279
6.2.5 其他气体选择性吸附分离 280
6.3 热催化 282
6.3.1 多孔碳纳米材料 282
6.3.2 金属/金属氧化物纳米结构 283
6.3.3 金属/多孔碳材料 287
6.4 电化学催化 295
6.4.1 氧还原反应 296
6.4.2 析氧反应 302
6.4.3 析氢反应 307
6.4.4 二氧化碳还原反应 313
6.4.5 氮还原反应 317
6.5 光（电）催化 321
6.5.1 染料降解 321
6.5.2 有机物转化 323
6.5.3 分解水产氢 324
6.5.4 光催化水氧化 325
6.5.5 光催化二氧化碳还原 326
6.6 超级电容器 328
6.6.1 碳材料 329
6.6.2 金属化合物 331
6.6.3 金属氧化物/碳复合材料 333
6.7 电池 334
6.7.1 锂离子电池 335
6.7.2 钠离子电池 337
6.7.3 锂硫电池 339
6.7.4 其他典型电池 341
6.8 其他应用 342
6.8.1 燃料脱硫脱氮 342
6.8.2 药物缓释 342
6.8.3 吸波材料 343
6.8.4 医学治疗应用 344
6.8.5 生物传感 345
6.9 小结 346
参考文献 347
第7章 总结与展望 362
关键词索引 364
作者简介 366
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