材料概述

MIL-101(Cr)-NH₂ 是在经典 MIL-101(Cr) 骨架基础上引入氨基官能团形成的功能化金属有机骨架材料。其结构由 Cr³⁺ 金属节点与 2-氨基对苯二甲酸(NH₂-BDC)配体共同构筑,保留了 MIL-101 系列标志性的超大笼状孔道体系,同时在孔壁表面均匀分布着可反应的氨基位点。该材料的比表面积通常维持在 2000 m²/g 以上,窗口孔径约 1.2–1.6 nm,笼状孔径可达 2.9–3.4 nm,孔容约 2.0 cm³/g,粒径分布在 200–500 nm 范围内。氨基的引入将原本相对惰性的骨架表面转化为具有化学反应活性的功能平台,使材料能够参与酰胺化、席夫碱形成等共价修饰反应,也增强了表面对极性分子的氢键与静电相互作用能力。

热稳定性方面,该材料的热分解温度高于 300°C,在空气中可稳定放置数月;水相稳定性覆盖 pH 1–12 的范围,在弱酸至弱碱条件下均可保持结构完整。这些性质使其在需要水相操作或一定 pH 波动的实验场景中具备可操作性。

合成策略

Amino-functionalized MIL-101(Cr) 氨基化铬基金属有机骨架 合成策略与应用

MIL-101(Cr)-NH₂ 的合成路线大体可分为两类:直接合成法与后合成修饰法。

直接合成法以 Cr(NO₃)₃·9H₂O 为金属源、2-氨基对苯二甲酸为配体,在水或水-有机混合体系中经水热或溶剂热反应直接构筑骨架。配体中的氨基在合成过程中即被引入框架,无需额外的后处理步骤。早期直接合成所得产物的比表面积与结晶度往往不及母体 MIL-101(Cr),研究者通过引入调节剂来改善这一问题。以 NaOH 作为碱性调节剂的水热体系可在优化浓度下获得亚 20 nm 的 MIL-101(Cr)-NH₂ 纳米颗粒,BET 比表面积达到 2800 ± 200 m²/g,同时颗粒团聚得到抑制。硝酸作为调节剂也被用于调控晶体成核与生长过程,在混合配体策略中,H₂BDC 与 NH₂-BDC 按比例组合可在保持高比表面积(约 1754.7 m²/g)的同时调节表面电荷与孔道化学环境。直接法的优势在于氨基分布均匀、步骤简洁,但需要对调节剂种类与浓度进行细致优化以平衡结晶度与功能基团密度。

后合成修饰法则先制备带有可转化基团的 MIL-101(Cr) 前体(如硝基取代的 MIL-101(Cr)-NO₂),再通过化学还原将硝基转化为氨基。这一路线的好处在于母体骨架的结晶质量较易控制,氨基的引入发生在骨架形成之后,避免了氨基与金属节点在合成过程中的潜在配位竞争。不过后合成路线增加了反应步骤,还原效率与氨基转化率需通过表征手段确认。两种策略各有适用场景:直接法适合需要较高氨基密度与一步操作的场合,后合成法则在追求骨架结晶度优先时更具参考价值。

应用方向

Amino-functionalized MIL-101(Cr) 氨基化铬基金属有机骨架 合成策略与应用

氨基的引入为 MIL-101(Cr) 拓展了多个功能化应用路径。在吸附与分离领域,氨基作为 Lewis 碱位点增强了骨架与 CO₂ 等酸性气体分子的相互作用。亚 20 nm 的 MIL-101(Cr)-NH₂ 纳米颗粒在 288 K、1 bar 条件下 CO₂ 吸附量可达 3.4 mmol/g,CO₂/N₂ 选择性在 308 K、0.1 bar 下为 26.5,等量吸附热为 −54.6 kJ/mol,反映出氨基功能化框架与 CO₂ 之间的较强结合。重金属与稀有金属的捕获是该材料的另一应用场景,质子化的氨基(BDC-NH₃⁺)在酸性溶液中对 Pd(II)、Pt(IV) 等金属离子表现出吸附能力,可用于酸性介质中的金属回收。将 MIL-101(Cr)-NH₂ 嵌入静电纺丝纳米纤维膜中,可解决粉末吸附剂回收困难的问题,用于 Mo(VI) 等污染物的去除。

在催化领域,氨基位点可作为功能化载体进一步锚定活性组分。以 Pt 纳米簇负载于氨基功能化骨架时,氨基的存在改善了活性金属与载体之间的界面电荷转移,在 CO₂ 加氢转化中表现出与未氨基化骨架不同的催化行为。在传感与生物偶联方向,表面氨基提供了与抗体、蛋白或核酸片段共价连接的化学位点,可用于构建识别界面或固定化平台。需要指出的是,上述应用大多处于研究探索阶段,具体实验条件与性能参数需结合目标体系进行独立验证。

瑞禧生物相关衍生产品供应

西安瑞禧生物围绕 MIL-101(Cr) 系列材料提供多种规格与衍生品种。基础产品方面,供应 MIL-101(Cr)-NH₂ 的常规包装规格包括 1 mg、5 mg、10 mg 及 100 mg、500 mg,纯度标注为 95% 以上,产品形态为灰绿色粉末,CAS 号 1414869-95-6。除氨基化版本外,该公司同时供应未修饰的 MIL-101(Cr) 以及硝基功能化版本 MIL-101(Cr)-NO₂,可供不同表面化学需求的对照实验选用。

在复合材料与衍生方向,瑞禧生物提供氨基化 MIL-101(Cr) 与其它功能材料的复合产品,包括 NH₂-MIL-101(Cr)/53(Fe)/ZIF-8@Fe₃O₄ 等磁性复合金属有机框架材料。此类复合材料将 MIL-101(Cr)-NH₂ 的孔道结构与磁性组分的可分离特性相结合,适用于需要外场辅助回收的吸附或催化场景。对于有特定配体比例、粒径范围或表面修饰需求的用户,该公司接受定制合成,交付规格与周期需在订购时确认

以上产品信息依据供应商公开资料整理,实际供货的纯度、比表面积、粒径分布及批次检测数据应以产品 COA 为准。所有产品均限于科研用途。