MOF书籍示例第一章（基础）

本章为MOF简介基础章节，显示可以使用的基础功能和排版

第一章：MOF 基础概念与结构¶

1.1 什么是 MOF？¶

金属有机骨架（Metal–Organic Framework, MOF）是一类由金属节点和有机配体组成的多孔晶体材料。

金属节点：通常是金属离子或金属簇（如 Zn²⁺, Cu²⁺, Zr⁴⁺ 等）
有机配体：含羧酸、吡啶等配位基团的多齿配体
特点：比表面积超大、结构可设计、官能化灵活

MOF 材料最大的特点是其超高的比表面积和可调控的孔径结构。你可以把它们想象成纳米级别的乐高积木。

如文献 Yaghi, 2025 所示^[1]

1.2 典型结构示意与晶胞¶

1.2.1 结构示意图片¶

1.3 简单晶体学表达¶

下面使用公式描述简单的 MOF 框架晶胞尺寸及孔隙率。

1.3.1 体积与孔隙率¶

晶胞体积：

V_{\text{cell}} = a \cdot b \cdot c \cdot \sqrt{ 1 + 2\cos\alpha\cos\beta\cos\gamma \cos^2\alpha - \cos^2\beta - \cos^2\gamma }

(1)

假设以分子模拟或吸附实验得到 MOF 的空隙体积 $V_{\text{void}}$ ，则孔隙率 $\phi$ 可写为：

\phi = \frac{V_{\text{void}}}{V_{\text{cell}}}

(2)

1.4 表格：一些常见 MOF¶

名称	金属中心	有机配体	特点
MOF-5	Zn²⁺	1,4-苯二甲酸 (BDC)	早期经典 MOF, 高比表面积
UiO-66	Zr⁴⁺	BDC	热/化学稳定性好
HKUST-1	Cu²⁺	1,3,5-苯三甲酸 (BTC)	经典铜基 MOF
MIL-101(Cr)	Cr³⁺	BDC	超大孔体积, 良好水稳定性

1.5 使用python代码描述MOF¶

def describe_mof(name, metal, linker):
    return f"{name} is a MOF with {metal} as the metal center and {linker} as the organic linker."

print(describe_mof("UiO-66", "Zr⁴⁺", "BDC"))

上面是python coding的MOF描述代码，describe_mof。

1.6 使用python代码计算孔隙率与孔体积关系¶

import math

def pore_volume(cube_length_nm, void_fraction):
    """
    Simple cubic model.
    cube_length_nm: cell edge length (nm)
    void_fraction: porosity (void fraction)
    Returns pore volume (nm^3)
    """
    v_cell = cube_length_nm**3
    return v_cell * void_fraction

for phi in [0.3, 0.5, 0.8]:
    print(f"Porosity {phi:.1f} -> Pore volume: {pore_volume(2.5, phi):.2f} nm^3")

1.7 简单 2D 图示例¶

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

phis = np.linspace(0.1, 0.9, 9)
surface_area = 1500 * phis * 2  # Hypothetical relation

plt.figure()
plt.plot(phis, surface_area, marker="o")
plt.xlabel("Porosity φ")
plt.ylabel("Surface Area (m²/g)")
plt.title("Simple Relationship Between Porosity and Surface Area")
plt.grid(True)
plt.show()

1.8 交互式MOF结构¶

1.8 An interactive MOF structure¶

from ase.io import read
from ase.visualize import view

# Read structure from a local file, e.g. CIF/PDB
mof_from_file = read("../data/MOF-5.pdb")

# View the periodic structure
disp_mof=view(mof_from_file, viewer='x3d')
display(disp_mof)

1.9 练习区（task list）¶

Footnotes¶

This is a review about AI for MOFs.
↩

References¶

Zheng, Z., Rampal, N., Inizan, T. J., Borgs, C., Chayes, J. T., & Yaghi, O. M. (2025). Large language models for reticular chemistry. Nature Reviews Materials, 10(5), 369–381. 10.1038/s41578-025-00772-8