金属有机框架材料(MOFs)因其高比表面积、可调节的孔道结构和多样的功能,在气体吸附、分离、催化及传感等领域展现出巨大的应用潜力,在众多MOFs材料中,Cu-BTC(也称为HKUST-1)以其优异的孔隙性能和相对简单的合成方法,成为了研究最为广泛和深入的材料之一,要充分理解Cu-BTC的性能与应用,首先需要明确其孔道结构,Cu-BTC究竟有几个类型的孔道呢?

Cu-BTC的基本构建单元是由铜离子(Cu²⁺)作为节点,1,3,5-苯三甲酸(BTC³⁻)作为配体配位形成的三维网络结构,其孔道结构并非单一类型,而是主要包含两种不同尺寸和形状的孔道

  1. 较大的八面体形孔道(Large Octahedral-shaped Cages): 这是Cu-BTC中最主要的孔道类型,这些孔道由八个Cu-BTC次级结构单元(SBU,即由铜离子和羧基形成的 paddle-wheel 结构)和六个BTC配体围合而成,呈现出近似八面体的几何构型,这些较大的孔道彼此相互连接,构成了Cu-BTC的主体孔隙网络,占据了材料内部大部分的体积,它们的孔径相对较大,通常在约1.0纳米左右(具体数值可能因测定方法和活化条件略有差异),这些大孔道为客体分子(如气体分子、溶剂分子等)提供了主要的吸附和扩散空间,是Cu-BTC在储气、大分子催化等应用中发挥重要作用的关键。

  2. 较小的四角形孔道(Smaller Square-shaped Windows/Channels): 除了上述的大孔道,Cu-BTC的结构中还存在着一些尺寸较小的孔道或窗口,这些孔道可以看作是连接相邻大孔道(八面体形孔道)之间的“窗口”或“通道”,其形状近似于四边形(或菱形),它们由四个Cu-BTC SBU和四个BTC配体(或部分配体片段)共同构成,孔径明显小于八面体形孔道,通常在随机配图