Metal-organic frameworks (MOFs) are a fascinating class of highly porous materials composed of metal ions/clusters and organic linkers, which promise great potential in numerous fields. Recently, the use of MOFs as luminescent sensors has been extensively explored due to their unique crystallinity, tunable porosity and structural diversity. In this review, we intend to highlight some of recent studies in this active research area and update the database of various luminescent MOF-based sensors on the basis of different sensing targets including ions, organic molecules, and gases, and temperature.

Covalent organic frameworks (COFs) have attracted growing interest by virtue of their structural diversity and tunability. Herein, we present a novel approach for the development of organic rechargeable battery cathodes in which three distinct redox-active COFs were successfully prepared and delaminated into 2D few-layer nanosheets. Compared with the pristine COFs, the exfoliated COFs with shorter Li+ diffusion pathways allow a significant higher utilization efficiency of redox sites and faster kinetics for lithium storage. Unlike diffusion-controlled manners in the bulk COFs, the redox reactions in ECOFs are mainly dominated by charge transfer process. The capacity and potential are further engineered by reticular design of COFs without altering the underlying topology. Specifically, DAAQ-ECOF exhibits excellent rechargeability (98% capacity retention after 1800 cycles) and fast charge-discharge ability (74% retention at 500 mA g-1 as compared to at 20 mA g-1). DABQ-ECOF shows a specific capacity of 210 mA h g-1 and a voltage plateau of 2.8 V.

Environmental challenges especially air pollution (particulate matter (PM) and toxic gases) pose serious threats to public health globally. Metal–organic frameworks (MOFs) are crystalline materials with high porosity, tunable pore size, and rich functionalities, holding the promise for poisonous pollutants capture. Here, nanocrystals of four unique MOF structures are processed into nanofibrous filters (noted as MOFilter) with high MOF loadings (up to 60 wt %). The MOFilters show high PM removal efficiencies up to 88.33 ± 1.52% and 89.67 ± 1.33% for PM2.5 and PM10, respectively, in the hazy environment, and the performance remains largely unchanged over 48 h of continuous filtration. For the first time, the interactions between such porous crystalline material and particulate pollutants were explored. These thin MOFilters can further selectively capture and retain SO2 when exposed to a stream of SO2/N2 mixture, and their hierarchical nanostructures can easily permeate fresh air at high gas flow rate with the pressure drop <20 Pa.

A series of mesoporous metalloporphyrin Fe-MOFs, namely PCN-600(M) (M = Mn, Fe, Co, Ni, Cu), have been synthesized using the preassembled [Fe3O(OOCCH3)6] building block. PCN-600 exhibits a one-dimensional channel as large as 3.1 nm and the highest experimental pore volume of 1.80 cm(3)g(-1) among all the reported porphyrinic MOFs. It also shows very high stability in aqueous solutions with pH values ranging from 2-11 and is to our knowledge the only mesoporous porphyrinic MOF stable under basic aqueous conditions. PCN-600(Fe) has been demonstrated as an effective peroxidase mimic to catalyze the co-oxidation reaction.

Through a kinetically controlled synthetic process, we synthesized PCN-223, a new porphyrinic Zr-MOF constructed from the newly reported hexagonal prismatic 12-connected Zr6 cluster through an unusual disordered arrangement, giving rise to the first example of the shp-a network in MOFs. With its extremely high connectivity, PCN-223 shows high stability in aqueous solutions with a wide range of pH. Cationic PCN-223(Fe) formed by postsynthetic treatment is an excellent recyclable heterogeneous catalyst for the hetero-Diels–Alder reaction.

A major goal of metal-organic framework (MOF) research is the expansion of pore size and volume. Although many approaches have been attempted to increase the pore size of MOF materials, it is still a challenge to construct MOFs with precisely customized pore apertures for specific applications. Herein, we present a new method, namely linker labilization, to increase the MOF porosity and pore size, giving rise to hierarchical-pore architectures. Microporous MOFs with robust metal nodes and pro-labile linkers were initially synthesized. The mesopores were subsequently created as crystal defects through the splitting of a pro-labile-linker and the removal of the linker fragments by acid treatment. We demonstrate that linker labilization method can create controllable hierarchical porous structures in stable MOFs, which facilitates the diffusion and adsorption process of guest molecules to improve the performances of MOFs in adsorption and catalysis.

Through a topology-guided strategy, a series of Zr6-containing isoreticular porphyrinic metal–organic frameworks (MOFs), PCN-228, PCN-229, and PCN-230, with ftw-a topology were synthesized using the extended porphyrinic linkers. The bulky porphyrin ring ligand effectively prevents the network interpenetration which often appears in MOFs with increased linker length. The pore apertures of the structures range from 2.5 to 3.8 nm, and PCN-229 demonstrates the highest porosity and BET surface area among the previously reported Zr-MOFs. Additionally, by changing the relative direction of the terminal phenyl rings, this series replaces a Zr8 cluster with a smaller Zr6 cluster in a topologically identical framework. The high connectivity of the Zr6 cluster yields frameworks with enhanced stability despite high porosity and ultralarge linker. As a representative example, PCN-230, constructed with the most extended porphyrinic linker, shows excellent stability in aqueous solutions with pH values ranging from 0 to 12 and demonstrates one of the highest pH tolerances among all porphyrinic MOFs. This work not only presents a successful example of rational design of MOFs with desired topology, but also provides a strategy for construction of stable mesoporous MOFs.

Pseudomorphic conversion of metal-organic frameworks (MOFs) enables the fabrication of nanomaterials with well-defined porosities and morphologies for enhanced performances. However, the commonly reported calcination strategy usually requires high temperature to pyrolyze MOF particles and often results in uncontrolled growth of nanomaterials. Herein, we report the controlled alkaline hydrolysis of MOFs to produce layered double hydroxide (LDH) while maintaining the porosity and morphology of MOF particles. The preformed trinuclear M3(μ3-OH) (M = Ni2+ and Co2+) clusters in MOFs were demonstrated to be critical for the pseudomorphic transformation process. An isotopic tracing experiment revealed that the 18O-labeled M3(μ3-18OH) participated in the structural assembly of LDH, which avoided the leaching of metal cations and the subsequent uncontrolled growth of hydroxides. The resulting LDHs maintain the spherical morphology of MOF templates and possess a hierarchical porous structure with high surface area (BET surface area up to 201 m2·g-1), which is suitable for supercapacitor applications. As supercapacitor electrodes, the optimized LDH with the Ni:Co molar ratio of 7:3 shows a high specific capacitance (1652 F·g-1 at 1 A·g-1) and decent cycling performance, retaining almost 100% after 2000 cycles. Furthermore, the hydrolysis method allows the recycling of organic ligands and large-scale synthesis of LDH materials.

A unique strategy, sequential linker installation (SLI), has been developed to construct multivariate MOFs with functional groups precisely positioned. PCN-700, a Zr-MOF with eight-connected Zr6O4(OH)8(H2O)4 clusters, has been judiciously designed; the Zr6 clusters in this MOF are arranged in such a fashion that, by replacement of terminal OH(-)/H2O ligands, subsequent insertion of linear dicarboxylate linkers is achieved. We demonstrate that linkers with distinct lengths and functionalities can be sequentially installed into PCN-700. Single-crystal to single-crystal transformation is realized so that the positions of the subsequently installed linkers are pinpointed via single-crystal X-ray diffraction analyses. This methodology provides a powerful tool to construct multivariate MOFs with precisely positioned functionalities in the desired proximity, which would otherwise be difficult to achieve.

Abstract The controlled generation of singlet oxygen is of great interest owing to its potential applications including industrial wastewater treatment, photochemistry, and photodynamic therapy. Two photochromic metal–organic frameworks, PC‐PCN and SO‐PCN, have been developed. A photochromic reaction has been successfully realized in PC‐PCN while maintaining its single crystallinity. In particular, as a solid‐state material which inherently integrates the photochromic switch and photosensitizer, SO‐PCN has demonstrated reversible control of 1 O 2 generation. Additionally, SO‐PCN shows catalytic activity towards photooxidation of 1,5‐dihydroxynaphthalene.