光响应金属有机框架研究进展及其应用展望

张思敏; 巴泽英; 李天豪; 毛倩楠; 黄荣娟; 刘国权; 于涛

doi:10.37188/CJL.20220289

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

光响应金属有机框架研究进展及其应用展望

特邀综述 | 更新时间：2023-03-13

- 光响应金属有机框架研究进展及其应用展望
  增强出版
- Advances and Application Prospect on Photoresponsive Metal-organic Frameworks
- 发光学报 2023年44卷第2期页码：227-239
- 作者机构：
  
  1.西北工业大学柔性电子研究院，陕西西安　710100
  2.西北工业大学教育实验学院，陕西西安　710100
  3.中国人民解放军军事科学院国防工程研究院，河南洛阳　471023
  4.河南省特种防护材料重点实验室，河南洛阳　471023
- 作者简介：
  
  [ "张思敏（1998-），女，陕西渭南人，硕士研究生，2020年于济南大学获得学士学位，主要从事有机光电材料的合成及性能的研究。E-mail： 850522753@qq.com" ]
  [ "黄荣娟（1990-），女，山东临沂人，博士，2020年于杜伦大学获得博士学位，主要从事有机光电功能材料机理和应用的研究。E-mail： rongjuan.huang@nwpu.edu.cn" ]
  [ "于涛（1985-），男，河北邯郸人，博士，教授，博士生导师，2013年于中国香港大学获得博士学位，主要从事新型有机光电功能材料的研究。E-mail： iamtyu@nwpu.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  陕西省重点研发计划（2020GXLH‐Z‐010）;广东省基础与应用基础研究基金联合基金(2021A1515010633);中原科技创新领军人才计划(214200510007);河南省特种防护材料重点实验室(SZKFJJ202002)
- DOI：10.37188/CJL.20220289
  中图分类号： O482.31
- 纸质出版日期：2023-02-05，
  
  收稿日期：2022-08-08，
  
  修回日期：2022-08-25，
- 稿件说明：
移动端阅览
张思敏,巴泽英,李天豪等.光响应金属有机框架研究进展及其应用展望[J].发光学报,2023,44(02):227-239.

ZHANG Simin,BA Zeying,LI Tianhao,et al.Advances and Application Prospect on Photoresponsive Metal-organic Frameworks[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(02):227-239.
张思敏,巴泽英,李天豪等.光响应金属有机框架研究进展及其应用展望[J].发光学报,2023,44(02):227-239. DOI： 10.37188/CJL.20220289.

ZHANG Simin,BA Zeying,LI Tianhao,et al.Advances and Application Prospect on Photoresponsive Metal-organic Frameworks[J].Chinese Journal of Luminescence,2023,44(02):227-239. DOI： 10.37188/CJL.20220289.

摘要

随着智能材料的快速发展，光响应金属有机框架（MOFs）引起了研究者的广泛关注。该类智能材料可在紫外线和可见光的交替照射下，实现MOFs在不同形态之间可逆切换，同时伴随着物理和化学性质的改变，在药物运输、气体分离、光控催化和智能传感等领域具有广阔的发展前景。大部分光响应MOFs由光响应配体和金属离子通过配位作用形成，不同的光响应配体使体系具有独特的性质和应用场景。本文综述了近年来光响应MOFs的研究进展，其中包括光响应MOFs材料的主要类型及其在气体分离、物质运输、动态防伪和光电器件等不同领域中的应用。在此基础上，本文针对光响应MOFs未来发展进行了展望。

Abstract

With the rapid development of smart materials， photoresponsive metal-organic frameworks （MOFs） has attracted extensive attention of researchers. Under the alternating irradiation of ultraviolet and visible light， photoresponsive MOFs can be reversibly switched between different morphologies， accompanied by changes in physical and chemical properties， which have broad development prospect in the fields of drug transport， gas separation， photo-controlled catalysis and smart sensing. Most of the photoresponsive MOFs are formed by the coordination of photoresponsive ligands and metal ions. Different photoresponsive ligands make the systems have unique properties and application scenarios. In this article， the recent research progress of photoresponsive MOFs is reviewed， including the main types of photoresponsive MOFs and their applications in different fields such as gas separation， material transport， dynamic anti-counterfeiting， and optoelectronic devices. Finally， the future development of photoresponsive MOFs is prospected.

关键词

金属有机框架物质运输气体分离动态防伪

Keywords

metal-organic frameworksmaterial transportgas separationdynamic anti-counterfeiting

references

ZHOU H C， LONG J R， YAGHI O M. Introduction to metal-organic frameworks ［J］. Chem. Rev.， 2012， 112（2）： 673-674. doi: 10.1021/cr300014xhttp://dx.doi.org/10.1021/cr300014x

ZHU Q L， XU Q. Metal-organic framework composites ［J］. Chem. Soc. Rev.， 2014， 43（16）： 5468-5512. doi: 10.1039/c3cs60472ahttp://dx.doi.org/10.1039/c3cs60472a

WASHBURN W N， COOK E R. Intramolecular nucleophilic catalysis during alkaline hydrolysis of nonenolizable β-keto esters ［J］. J. Am. Chem. Soc.， 1986， 108（19）： 5962-5964. doi: 10.1021/ja00279a048http://dx.doi.org/10.1021/ja00279a048

YAGHI O M， LI G M， LI H L. Selective binding and removal of guests in a microporous metal-organic framework ［J］. Nature， 1995， 378（6558）： 703-706. doi: 10.1038/378703a0http://dx.doi.org/10.1038/378703a0

FURUKAWA H， KO N， GO B， et al. Ultrahigh porosity in metal-organic frameworks ［J］. Science， 2010， 329（5990）： 424-428. doi: 10.1126/science.1192160http://dx.doi.org/10.1126/science.1192160

LIAO P Q， HUANG N Y， ZHANG W X， et al. Controlling guest conformation for efficient purification of butadiene ［J］. Science， 2017， 356（6343）： 1193-1196. doi: 10.1126/science.aam7232http://dx.doi.org/10.1126/science.aam7232

PARK K S， NI Z， CÔTÉ A P， et al. Exceptional chemical and thermal stability of zeolitic imidazolate frameworks ［J］. Proc. Natl. Acad. Sci. USA， 2006， 103（27）： 10186-10191. doi: 10.1073/pnas.0602439103http://dx.doi.org/10.1073/pnas.0602439103

HUANG X C， LIN Y Y， ZHANG J P， et al. Ligand-directed strategy for zeolite-type metal-organic frameworks： zinc（Ⅱ） imidazolates with unusual zeolitic topologies ［J］. Angew. Chem. Int. Ed.， 2006， 45（10）： 1557-1559. doi: 10.1002/anie.200503778http://dx.doi.org/10.1002/anie.200503778

CAVKA J H， JAKOBSEN S， OLSBYE U， et al. A new zirconium inorganic building brick forming metal organic frameworks with exceptional stability ［J］. J. Am. Chem. Soc.， 2008， 130（42）： 13850-13851. doi: 10.1021/ja8057953http://dx.doi.org/10.1021/ja8057953

DUAN J G， JIN W Q， KITAGAWA S. Water-resistant porous coordination polymers for gas separation ［J］. Coordin. Chem. Rev.， 2017， 332： 48-74. doi: 10.1016/j.ccr.2016.11.004http://dx.doi.org/10.1016/j.ccr.2016.11.004

QIU S L， XUE M， ZHU G S， et al. Metal-organic framework membranes： from synthesis to separation application ［J］. Chem. Soc. Rev.， 2014， 43（16）： 6116-6140. doi: 10.1039/c4cs00159ahttp://dx.doi.org/10.1039/c4cs00159a

CUI Y J， YUE Y F， QIAN G D， et al. Luminescent functional metal-organic frameworks ［J］. Chem. Rev.， 2012， 112（2）： 1126-1162. doi: 10.1021/cr200101dhttp://dx.doi.org/10.1021/cr200101d

CUI Y J， ZHANG J， HE H J， et al. Photonic functional metal-organic frameworks ［J］. Chem. Soc. Rev.， 2018， 47（15）： 5740-5785. doi: 10.1039/c7cs00879ahttp://dx.doi.org/10.1039/c7cs00879a

LATHA G， DEVARAJAN N， SURESH P. Framework copper catalyzed oxidative synthesis of quinazolinones： a benign approach using Cu3（BTC）2 MOF as an efficient and reusable catalyst ［J］. ChemistrySelect， 2020， 5（32）： 10041-10047. doi: 10.1002/slct.202002661http://dx.doi.org/10.1002/slct.202002661

WANG Y， LIN W X， YU S J， et al. A biocompatible Zr-based metal-organic framework UiO-66-PDC as an oral drug carrier for pH-response release ［J］. J. Solid State Chem.， 2021， 293： 121805-1-5. doi: 10.1016/j.jssc.2020.121805http://dx.doi.org/10.1016/j.jssc.2020.121805

HORCAJADA P， SERRE C， VALLET-REGÍ M， et al. Metal-organic frameworks as efficient materials for drug delivery ［J］. Angew. Chem. Int. Ed.， 2006， 45（36）： 5974-5978. doi: 10.1002/anie.200601878http://dx.doi.org/10.1002/anie.200601878

COUDERT F X. Responsive metal-organic frameworks and framework materials： under pressure， taking the heat， in the spotlight， with friends ［J］. Chem. Mater.， 2015， 27（6）： 1905-1916. doi: 10.1021/acs.chemmater.5b00046http://dx.doi.org/10.1021/acs.chemmater.5b00046

CHEN K F， SINGH R， GUO J N， et al. Electrical regulation of CO2 adsorption in the metal-organic framework MIL-53 ［J］. ACS Appl. Mater. Interfaces， 2022， 14（11）： 13904-13913. doi: 10.1021/acsami.1c24335http://dx.doi.org/10.1021/acsami.1c24335

LIU W C， PAN Y， XIAO W W， et al. Recent developments on zinc（Ⅱ） metal-organic framework nanocarriers for physiological pH-responsive drug delivery ［J］. Med. Chem. Commun.， 2019， 10（12）： 2038-2051. doi: 10.1039/c9md00400ahttp://dx.doi.org/10.1039/c9md00400a

SUN H D， DU B B， WU Y Z， et al. Interdiscipline between optoelectronic materials and mechanical sensors： recent advances of organic triboluminescent compounds and their applications in sensing ［J］. J. Cent. South Univ.， 2021， 28（12）： 3907-3934. doi: 10.1007/s11771-021-4888-2http://dx.doi.org/10.1007/s11771-021-4888-2

QU D H， WANG Q C， ZHANG Q W， et al. Photoresponsive host-guest functional systems ［J］. Chem. Rev.， 2015， 115（15）： 7543-7588. doi: 10.1021/cr5006342http://dx.doi.org/10.1021/cr5006342

RICE A M， MARTIN C R， GALITSKIY V A， et al. Photophysics modulation in photoswitchable metal⁃organic frameworks ［J］. Chem. Rev.， 2020， 120（16）： 8790-8813. doi: 10.1021/acs.chemrev.9b00350http://dx.doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00350

GÖSTL R， SENF A， HECHT S. Remote-controlling chemical reactions by light： towards chemistry with high spatio-temporal resolution ［J］. Chem. Soc. Rev.， 2014， 43（6）： 1982-1996. doi: 10.1039/c3cs60383khttp://dx.doi.org/10.1039/c3cs60383k

南福春，薛小矿，葛介超，等. 红光/近红外光响应碳点在肿瘤治疗中的应用进展［J］. 发光学报， 2021， 42（8）： 1155-1171. doi: 10.37188/CJL.20210163http://dx.doi.org/10.37188/CJL.20210163

NAN F C， XUE X K， GE J C， et al. Recent advances of red/near infrared light responsive carbon dots for tumor therapy ［J］. Chin. J. Lumin.， 2021， 42（8）： 1155-1171. （in Chinese）. doi: 10.37188/CJL.20210163http://dx.doi.org/10.37188/CJL.20210163

YAO X Y， LI T， WANG J， et al. Recent progress in photoswitchable supramolecular self-assembling systems ［J］. Adv. Opt. Mater.， 2016， 4（9）： 1322-1349. doi: 10.1002/adom.201600281http://dx.doi.org/10.1002/adom.201600281

ZHANG X Y， YU T， AU V K M. Photoresponsive metal-organic frameworks： tailorable platforms of photoswitches for advanced functions ［J］. ChemNanoMat， 2022， 8（3）： e202100486. doi: 10.1002/cnma.202100486http://dx.doi.org/10.1002/cnma.202100486

HUANG Q， WU C. Photoswitching metal organic frameworks development and applications on environmental related topics ［J］. Mater. Today Sustain.， 2022， 18： 100149. doi: 10.1016/j.mtsust.2022.100149http://dx.doi.org/10.1016/j.mtsust.2022.100149

BANDARA H M D， BURDETTE S C. Photoisomerization in different classes of azobenzene ［J］. Chem. Soc. Rev.， 2012， 41（5）： 1809-1825. doi: 10.1039/c1cs15179ghttp://dx.doi.org/10.1039/c1cs15179g

IRIE M， FUKAMINATO T， MATSUDA K， et al. Photochromism of diarylethene molecules and crystals： memories， switches， and actuators ［J］. Chem. Rev.， 2014， 114（24）： 12174-12277. doi: 10.1021/cr500249phttp://dx.doi.org/10.1021/cr500249p

DRYZA V， BIESKE E J. Electron injection and energy-transfer properties of spiropyran-cyclodextrin complexes coated onto metal oxide nanoparticles： toward photochromic light harvesting ［J］. J. Phys. Chem. C， 2015， 119（25）： 14076-14084. doi: 10.1021/acs.jpcc.5b05032http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b05032

HU C H， MA N N， LI F， et al. Cucurbit［8］uril-based giant supramolecular vesicles： highly stable， versatile carriers for photoresponsive and targeted drug delivery ［J］. ACS Appl. Mater. Interfaces， 2018， 10（5）： 4603-4613. doi: 10.1021/acsami.8b00297http://dx.doi.org/10.1021/acsami.8b00297

KANJ A B， MÜLLER K， HEINKE L. Stimuli-responsive metal-organic frameworks with photoswitchable azobenzene side groups ［J］. Macromol. Rapid Commun.， 2018， 39（1）： 1700239-1-14. doi: 10.1002/marc.201700239http://dx.doi.org/10.1002/marc.201700239

KAWATA S， KAWATA Y. Three-dimensional optical data storage using photochromic materials ［J］. Chem. Rev.， 2000， 100（5）： 1777-1788. doi: 10.1021/cr980073phttp://dx.doi.org/10.1021/cr980073p

TANG Y Y， ZENG Y L， XIONG R G. Contactless manipulation of write-read-erase data storage in diarylethene ferroelectric crystals ［J］. J. Am. Chem. Soc.， 2022， 144（19）： 8633-8640. doi: 10.1021/jacs.2c01069http://dx.doi.org/10.1021/jacs.2c01069

OU D P， YU T， YANG Z Y， et al. Combined aggregation induced emission（AIE）， photochromism and photoresponsive wettability in simple dichloro-substituted triphenylethylene derivatives ［J］. Chem. Sci.， 2016， 7（8）： 5302-5306. doi: 10.1039/c6sc01205ahttp://dx.doi.org/10.1039/c6sc01205a

WANG L Y， YU T， XIE Z L， et al. Design， synthesis and photochromism studies of thienyl containing triarylethylene derivatives and their applications in real-time photoresponsive surfaces ［J］. J. Mater. Chem. C， 2018， 6（32）： 8832-8838. doi: 10.1039/c8tc02698jhttp://dx.doi.org/10.1039/c8tc02698j

ZHANG X Y， YU T， HUANG C， et al. Switching excitons between the emissive and photochromic pathways in the triphenylethylene system ［J］. J. Mater. Chem. C， 2021， 9（34）： 11126-11131. doi: 10.1039/d1tc02393dhttp://dx.doi.org/10.1039/d1tc02393d

ZHANG X Y， LIU F K， DU B B， et al. Construction of photoresponsive 3D structures based on triphenylethylene photochromic building blocks ［J］. Research， 2022， 2022： 9834140. doi: 10.34133/2022/9834140http://dx.doi.org/10.34133/2022/9834140

HUANG C， HUANG R J， ZHANG S M， et al. Recent development of photodeformable crystals： from materials to mechanisms ［J］. Research， 2021， 2021： 9816535. doi: 10.34133/2021/9816535http://dx.doi.org/10.34133/2021/9816535

FAN C B， GONG L L， HUANG L， et al. Significant enhancement of C2H2/C2H4 separation by a photochromic diarylethene unit： a temperature- and light-responsive separation switch ［J］. Angew. Chem. Int. Ed.， 2017， 56（27）： 7900-7906.

JIANG Y， TAN P， QI S C， et al. Metal-organic frameworks with target-specific active sites switched by photoresponsive motifs： efficient adsorbents for tailorable CO2 capture ［J］. Angew. Chem. Int. Ed.， 2019， 58（20）： 6600-6604. doi: 10.1002/anie.201900141http://dx.doi.org/10.1002/anie.201900141

HAZRA A， BONAKALA S， ADALIKWU S A， et al. Fluorocarbon-functionalized superhydrophobic metal-organic framework： enhanced CO2 uptake via photoinduced postsynthetic modification ［J］. Inorg. Chem.， 2021， 60（6）： 3823-3833. doi: 10.1021/acs.inorgchem.0c03575http://dx.doi.org/10.1021/acs.inorgchem.0c03575

MABROUK M T， ZHANG H J， ZIDAN A A， et al. Cross-linked histone as a nanocarrier for gut delivery of hydrophobic cargos ［J］. ACS Appl. Mater. Interfaces， 2021， 13（23）： 26712-26720. doi: 10.1021/acsami.1c04134http://dx.doi.org/10.1021/acsami.1c04134

CZARNOBAJ K， PROKOPOWICZ M， GREBER K. Use of materials based on polymeric silica as bone-targeted drug delivery systems for metronidazole ［J］. Int. J. Mol. Sci.， 2019， 20（6）： 1311-1-12. doi: 10.3390/ijms20061311http://dx.doi.org/10.3390/ijms20061311

MENG X S， GUI B， YUAN D Q， et al. Mechanized azobenzene-functionalized zirconium metal-organic framework for on-command cargo release ［J］. Sci. Adv.， 2016， 2（8）： e1600480-1-6. doi: 10.1126/sciadv.1600480http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.1600480

OU R W， ZHANG H C， ZHAO C， et al. Photoresponsive styrylpyrene-modified MOFs for gated loading and release of cargo molecules ［J］. Chem. Mater.， 2020， 32（24）： 10621-10627. doi: 10.1021/acs.chemmater.0c03726http://dx.doi.org/10.1021/acs.chemmater.0c03726

YAN S Q， ZENG X M， WANG Y， et al. Biomineralization of bacteria by a metal-organic framework for therapeutic delivery ［J］. Adv. Healthc. Mater.， 2020， 9（12）： 2000046. doi: 10.1002/adhm.202000046http://dx.doi.org/10.1002/adhm.202000046

郑贤，杨朝龙. 纯有机室温磷光材料研究现状与策略［J］. 发光学报， 2022， 43（7）： 1027-1039. doi: 10.37188/cjl.20220151http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220151

ZHENG X， YANG C L. Research status and strategy of pure organic room temperature phosphorescent materials ［J］. Chin. J. Lumin.， 2021， 43（7）： 1027-1039. （in Chinese）. doi: 10.37188/cjl.20220151http://dx.doi.org/10.37188/cjl.20220151

LI Z Q， WANG G N， YE Y X， et al. Loading photochromic molecules into a luminescent metal-organic framework for information anticounterfeiting ［J］. Angew. Chem. Int. Ed.， 2019， 58（50）： 18025-18031. doi: 10.1002/anie.201910467http://dx.doi.org/10.1002/anie.201910467

YOU Z X， WANG C， XIAN Y， et al. Integrated photoresponsive alkaline earth metal coordination networks： synthesis， topology， photochromism and photoluminescence investigation ［J］. Chemistry， 2021， 27（37）： 9605-9619. doi: 10.1002/chem.202100588http://dx.doi.org/10.1002/chem.202100588

QIU X T， SHI Q， ZHANG D Q， et al. A multi-responsive Cd-viologen complex： photochromism， photomodulated fluorescence， and luminescent sensing ［J］. ChemistrySelect， 2018， 3（23）： 6611-6616. doi: 10.1002/slct.201801005http://dx.doi.org/10.1002/slct.201801005

MA Y J， FANG X Y， XIAO G W， et al. Dynamic manipulating space-resolved persistent luminescence in core-shell MOFs heterostructures via reversible photochromism ［J］. Angew. Chem. Int. Ed.， 2022， 61（2）： e202114100. doi: 10.1002/ange.202114100http://dx.doi.org/10.1002/ange.202114100

何睿夫，周非凡，屈军乐，等. 金属有机框架材料在有机钙钛矿太阳能电池中的应用进展［J］. 发光学报， 2021， 42（11）： 1722-1738. doi: 10.37188/CJL.20210208http://dx.doi.org/10.37188/CJL.20210208

HE R F， ZHOU F F， QU J L， et al. Research progress of metal-organic frameworks in organic perovskite solar cells ［J］. Chin. J. Lumin.， 2021， 42（11）： 1722-1738. （in Chinese）. doi: 10.37188/CJL.20210208http://dx.doi.org/10.37188/CJL.20210208

TSAI Y T， HUANG G T， ZHAO J Q， et al. Dust cloud explosion characteristics and mechanisms in MgH2-based hydrogen storage materials ［J］. AIChE J.， 2021， 67（8）： e17302. doi: 10.1002/aic.17302http://dx.doi.org/10.1002/aic.17302

BUTOVA V V， BURACHEVSKAYA O A， PODSHIBYAKIN V A， et al. Photoswitchable zirconium MOF for light-driven hydrogen storage ［J］. Polymers， 2021， 13（22）： 4052-1-11. doi: 10.3390/polym13224052http://dx.doi.org/10.3390/polym13224052

KANJ A B， CHANDRESH A， GERWIEN A， et al. Proton-conduction photomodulation in spiropyran-functionalized MOFs with large on-off ratio ［J］. Chem. Sci.， 2020， 11（5）： 1404-1410. doi: 10.1039/c9sc04926fhttp://dx.doi.org/10.1039/c9sc04926f

MARTIN C R， LEITH G A， KITTIKHUNNATHAM P， et al. Heterometallic actinide-containing photoresponsive metal-organic frameworks： dynamic and static tuning of electronic properties ［J］. Angew. Chem. Int. Ed.， 2021， 60（15）： 8072-8080. doi: 10.1002/anie.202016826http://dx.doi.org/10.1002/anie.202016826

LI C， ZHANG L L， CHEN L Q， et al. Recent development and applications of electrical conductive MOFs ［J］. Nanoscale， 2021， 13（2）： 485-509.|. doi: 10.1039/d0nr06396ghttp://dx.doi.org/10.1039/d0nr06396g

浏览量

462

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

卤化物钙钛矿与金属有机框架复合材料合成及其在光电领域研究进展

合成后修饰法构筑的Eu³⁺@MOF材料对金属离子的荧光检测

基于卟啉⁃金属有机框架材料的光动力疗法研究进展

基于UIO-66-NH₂的表面分子印迹荧光传感器的制备及其在检测罗丹明6G中的应用