Chin. Chem. Lett.: 設計MOF“超級結構”，環境修復迎來新一代解決方案！

近日，北京建筑大學王崇臣教授團隊在《中國化學快報》上發表了一篇前瞻性社論，系統闡述了通過設計MOF超結構以解決環境修復領域關鍵挑戰的最新策略與未來藍圖。該文章指出，MOF超結構有望突破傳統MOF材料的應用瓶頸，成為下一代高效環境修復材料的有力競爭者。

金屬有機框架材料因其極高的比表面積和可調的孔道結構，在吸附和催化治理環境污染物方面展現出巨大潛力。然而，固有的微孔結構和粉末形態成為其邁向實際應用的“阿喀琉斯之踵”：微孔限制了大分子污染物的傳輸效率、粉末材料堆積密度高，導致嚴重的內擴散阻力，限制實際處理能力。

為解決這些問題，研究者們提出了一種新思路：將MOF初級顆粒作為“積木”，通過定向組裝，構建具有多級孔道、中空結構的MOF超結構。這種“超級結構”在保留MOF本身優點的同時，極大地改善了傳質效率并提升了材料的機械穩定性。

本文重點綜述了構建MOF超結構的多種創新策略（如噴霧干燥、乳液模板法等），并詳細展示了這些超結構在污染物吸附、催化轉化CO?和膜分離等環境應用中的卓越性能。文章強調，通過合理的結構設計，MOF超結構不僅能大幅提升污染物去除速率和容量，還具備了傳統粉末MOF所沒有的易回收性和結構穩定性，為環境修復提供了全新的解決方案。

• MOF超結構的四種精巧構建策略與應用
  

(a)噴霧干燥法構建分級多孔球：高效吸附大分子

策略：通過噴霧干燥技術，讓含有納米MOF顆粒的液滴快速蒸發，自組裝成分級多孔球形超結構。

性能：以此法制備的HP-MIL-101-30對單寧酸的吸附容量高達1175 mg/g，遠超大多數已報道的吸附劑。其大孔道允許單寧酸大分子快速擴散至內部活性位點。

(b)瞬態Pickering乳液法構建磁性中空球：自主運動的“微馬達”

策略：利用瞬態Pickering乳液法，構建了具有多層中空球狀結構的Fe?O?@NH?-UiO-66。

性能：該材料可進一步設計為氣泡驅動的微馬達，在無需外部機械攪拌的情況下，對甲基橙和Cr(VI)的去除率分別達到94% 和91%，實現了自主運動強化污染物去除。

(c)“硬”模板界面超組裝構建二維納米片：高效催化“變廢為寶”

策略：采用“硬”乳液誘導界面超組裝策略，制備了二維分級多孔UiO-66-NH?納米片。

性能：在催化CO?與環氧化物環加成反應中，環狀碳酸酯產率高達96%，顯著優于傳統微孔和介孔晶體，這得益于其高度開放的孔道和充分暴露的活性位點。

(d, e)聚合誘導自組裝構建柔性MOF膜：高性能染料分離

策略：通過聚合誘導自組裝策略，利用聚合物納米粒子作為多價連接體，引導UiO-66形成均勻的MOF膜。

性能：所得MOF膜具備優異的膠體穩定性和機械柔韌性，在染料分離中，對目標染料的截留率超過93%，同時保持較高的水通量。

MOF超結構的研究已從合成階段逐步推進至環境修復應用階段，展現出巨大潛力。面向未來，作者提出了以下幾點展望：

• 功能集成化：探索將導電、光催化、熒光等不同功能的MOF集成，構建雙/多組分超結構，實現多功能協同應用。

• 合成智能化：利用機器學習、深度學習等人工智能技術，對復雜的合成參數進行建模、優化與預測，大幅降低研發成本與時間。

• 應用拓展與機理深挖：積極拓展MOF超結構在環境領域的新應用，并結合原位表征技術，深入理解環境因素對其性能的影響機制，厘清“結構-性能-應用”關系。

• 推動產業化：發展低成本、規模化的合成技術與專用設備，是推動MOF超結構從實驗室走向實際工程應用的關鍵。

文獻信息

Z.-B. Wang, L. Zhang, X. Du, C.-C. Wang, Engineering MOF superstructures for enhanced environmental applications, Chin. Chem. Lett. (2025) 112070.

DOI: 10.1016/j.cclet.2025.112070

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