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通过引入特定的离子进入某个已知环境，阳离子交换同样被用于纳米晶能带结构的微调[7]。不像大块的CdSe, Cu2S或类似的扩展材料，由于表面积的增大和较少的原子数，纳米晶在室温下以亚秒级的速度就可以发生阳离子交换，这些颗粒较小的尺寸也有利于原子重组和减少晶格应力。当一些亚稳态的晶相不能用方便直接的热注入法合成时，这项技术使它们的合成成为可能，比如Cu2S颗粒的等离子共振合成[6]。阳离子交换也可以用于制备复合物纳米器件，例如，在一定时间内把CdSe结合到PbSe纳米棒上得到CdSe-PbSe核壳异质结构，电子和空穴载流子被限制在较低的带隙的PbSe核中，从而导致高量子产率的激子激发。
在溶液中，金属簇合物和单核配合物都可以与其他阳离子发生交换，几十年来，金属转移反应已被用来取代多齿配体配位的单核阳离子。这些交换机理往往涉及配体转移到新的金属离子上。阴离子框架中分子簇的阳离子交换首先在1982年被报道，这是一个金刚烷结构的笼状化合物，[M4−n, M′n, (SC6H5)]2− (M, M′ = Fe2+, Co2+, Zn2+, Cd2+)[7]。在这些化合物中金属交换被认为是有自由离子从笼上逸出，紧接着其它离子插入。然而，对于Co2+插入[M4(SPh)10] 2− (M = Zn or Fe)这样一个更简单的离子交换的机理研究表明，这是一个很复杂的过程。虽然金属硫蛋白被认为通过某种类型的金属离子取代来实现微量金属的解毒[8]，但还是很少有研究试图理解分子中的阳离子交换。
本文概述了MOF SBUs中的阳离子交换，金属离子取代MOF SBUs及相关细节都列在表1，SBU的结构见表2。综述的范围限制在取代发生在SBUs上，而不在孔道中或金属离子作为配体的一部分，即所谓的金属基配体。更全面的有关阳离子交换材料的报导已在其他地方发表[9],[10]。阳离子交换已经取得了一些令人惊讶的结果和新材料，但扩展其在设计新MOFs方面的系统性和可预见性的应用仍然依赖于理解其机理。这篇综述的目的就是为了实现这一目标提供一个蓝图。
2.1哪些单位进行阳离子交换?
如果我们能够预测哪些的MOFs容易进行阳离子交换，它就能够成为合成新材料的理想工具。在阐明SBU交换的因素后，具体的材料可以从数以千计的阳离子交换MOFs材料中选择，而且确切成分可以事先设计好。这些因素都是未知的，但在MOFs材料调查报道的例子中，可以发现在SBUs中阳离子交换的几个常见特点。
一个重要的观察结果是，在SBU可交换金属离子往往能够比那些在X射线晶体结构中观察到较高的配位数。例如一系列已知材料如(Cl)M-MOF-5产生Ti3+，V2+，V3 +，Cr3 +，Cr2+，Mg2+，Fe2+，或Ni2+在MOF-5 (Zn4O(BDC)3)簇中取代四配位的Zn2+[11],[12]。 类似地，在四面体结构的ZIF-8(Zn-(MeIm))和 ZIF-71 (Zn-(Cl2Im))中Zn2+可被Mn2+取代[13]，而MFU-4l (ZnZn4Cl4(BTDD6))中四配位的Zn2+可以用Co2+取代[14]。
在一些例子中，可交换金属离子被完全排出时，它们浸在溶液中部分变成溶剂化物而且包含开放性位点。金属有机框架被称为MM-BTT，M3[(M4Cl)3BTT8]2,以一个2配位Cs对称的Mn¬2+位点和一个具有C4v对称性的5配位Mn2+位点开始[15]。置于甲醇中时，后者获得一个溶液配体变成6配位，而前者在结构空洞中完全溶解。要么完全溶剂化为Mn2+位点或两个Mn¬2+位点都交换成Fe2+,Co2+,Ni2+,Cu2+,或Zn2+。一种被称为Cd3[(Cd4Cl)3BTT8]2包含Cd2+的同构物质它在溶液中表现出相似的配位价变化并取代 Co2+或 Ni¬2+ [16] 。