Coord. Chem. Rev. : MOFs基復(fù)合吸附劑高效 CO?吸附分離研究：四類體系的進(jìn)展與數(shù)據(jù)支撐

近日，昆明理工大學(xué)張玉團(tuán)隊(duì)通過(guò)系統(tǒng)梳理金屬有機(jī)框架（MOFs）與碳材料、多孔 SiO?、金屬氧化物及 MOFs 自身四類固體材料的復(fù)合策略，解決了單一 MOFs 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差、CO?擴(kuò)散阻力大、抗水性弱、機(jī)械強(qiáng)度低及再生能耗高等實(shí)際應(yīng)用局限，為 CO?吸附分離技術(shù)的工業(yè)化推進(jìn)提供了全面理論與數(shù)據(jù)支撐。研究成果以“Progress of MOFs/solid material composite adsorbent for efficient CO? adsorption and separation”為題發(fā)表于《Coordination Chemistry Reviews》期刊。

當(dāng)前全球能源需求仍以煤、石油、天然氣等化石燃料燃燒為主，大量 CO?排放引發(fā)系列環(huán)境問(wèn)題。吸附分離技術(shù)因能耗低、可循環(huán)性強(qiáng)、CO?選擇性優(yōu)異，成為高效的 CO?捕獲手段，而開(kāi)發(fā)兼具高比表面積與發(fā)達(dá)孔隙、優(yōu)異環(huán)境穩(wěn)定性及氣體分子高親和力的吸附劑是核心。

MOFs 作為新型多孔材料，雖憑借結(jié)晶多孔結(jié)構(gòu)、高比表面積、可調(diào)孔結(jié)構(gòu)及多功能位點(diǎn)在CO?吸附分離領(lǐng)域前景廣闊，但單一 MOFs 存在顯著短板：多數(shù)為微孔結(jié)構(gòu)（孔徑 < 2nm），動(dòng)態(tài)吸附中 CO?擴(kuò)散阻力大，傳質(zhì)速率遠(yuǎn)低于介孔復(fù)合材料；高壓力或低濃度 CO?條件下吸附性能顯著下降，且較高再生溫度增加能耗與成本；對(duì)水分敏感，水分子易占據(jù)開(kāi)放金屬位點(diǎn)（OMS）或引發(fā)結(jié)構(gòu)水解，降低吸附效率；機(jī)械強(qiáng)度低，難以滿足工業(yè)級(jí)造粒、成型或膜組件加工需求，嚴(yán)重制約工業(yè)化應(yīng)用。

作為系統(tǒng)性綜述，本文全面梳理四類 MOFs 基復(fù)合 CO?吸附劑的設(shè)計(jì)、合成及性能提升機(jī)制，各體系均有明確數(shù)據(jù)與圖表支撐。

圖 1：MOFs 基固體載體復(fù)合材料對(duì) CO?捕獲與分離的性能增強(qiáng)，涵蓋吸附性能、再生性能、抗水性能及機(jī)械穩(wěn)定性，直觀呈現(xiàn)四類復(fù)合體系優(yōu)化方向

在 MOFs / 碳材料體系中，碳材料（氧化石墨烯 / GO、碳納米管 / CNTs、活性炭 / AC 等）的高比表面積、多級(jí)孔結(jié)構(gòu)與疏水特性，與 MOFs 形成協(xié)同效應(yīng)。

圖 2：MOFs / 碳復(fù)合 CO?吸附劑的類型及性能增強(qiáng)機(jī)制，展示 MOFs/GO、MOFs/CNTs、MOFs/AC 等子體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該綜述通過(guò)多尺度調(diào)控視角，明確四類 MOFs 基復(fù)合吸附劑通過(guò)分子級(jí)界面電子轉(zhuǎn)移、介觀級(jí)分級(jí)孔結(jié)構(gòu)構(gòu)建、宏觀級(jí)機(jī)械強(qiáng)度提升，實(shí)現(xiàn) CO?吸附容量、選擇性、穩(wěn)定性與再生性能的協(xié)同優(yōu)化，為煙氣處理、天然氣純化、直接空氣捕獲等工業(yè)場(chǎng)景提供多樣化解決方案。

同時(shí)，綜述客觀指出當(dāng)前領(lǐng)域挑戰(zhàn)：界面相容性控制難、材料制備成本高、規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)不成熟、復(fù)雜環(huán)境（低濃度 CO?、多干擾氣體）下性能衰減及再生技術(shù)工業(yè)化不足。

未來(lái)需重點(diǎn)開(kāi)發(fā)綠色簡(jiǎn)單的合成策略、連續(xù)化生產(chǎn)設(shè)備，推動(dòng)非熱再生技術(shù)發(fā)展，探索吸附 - 催化一體化材料，并結(jié)合先進(jìn)表征與多尺度模擬，為 MOFs 基復(fù)合吸附劑的工業(yè)化應(yīng)用提供關(guān)鍵支撐。

Progress of MOFs/solid material composite adsorbent for efficient CO2 adsorption and separation,Coordination Chemistry Reviews, Volume 549, Part 2, 2026, 217334, ISSN 0010-8545

https://doi.org/10.1016/j.ccr.2025.217334.

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