MOF薄膜的可控制备及其在环境污染控制领域的应用

金属有机框架材料（MOF），由于具有较高的比表面积、规整的孔道和良好的结构可调性等优势，在气体存储与分离、催化、传感、药物输送、环境污染物控制等领域都有广泛的应用。国内外许多研究团队在MOF的功能设计、可控合成、构效关系探究以及潜在的应用探索领域做出了杰出的贡献。伴随着MOF的基础研究走向深入，将其器件化的需求变得越来越迫切。

然而，MOF材料自身易粉化损失、易脆化，不溶也不融化，难以进行溶剂或热加工。MOF材料器件化的进程以及在实际中的应用受到了严重的阻碍。提高MOF材料的加工性能以及与其他材料的兼容性能，成为近年来人们研究的重点。实现MOF材料的快速均匀可控成膜，进而完成相应的功能性器件的加工，被认为是推动MOF材料向实际应用迈进的关键。北京理工大学王博教授（点击查看介绍）团队综述了其课题组近年来在MOF薄膜的可控合成以及环境应用研究方面的进展，重点介绍了合成后聚合、原位交叉编织、无溶剂热压等薄膜制备方法，以及MOF膜在空气以及水体净化方面的应用。

该综述介绍了两种MOF膜的合成策略，即合成后与聚合物复合成膜以及基底上原位成膜策略，并据此总结了几种MOF成膜化工艺，重点介绍了王博教授课题组开发的原位交叉编织法（in situ interweaving）、合成后聚合（postsynthetic polymerization，PSP）和无溶剂热压（solvent-free hot-pressing, Hop）。原位交叉编织技术通过在MOF纳米晶粒之间原位引入高分子单体，进行自聚合，从而使MOF颗粒之间通过功能高分子链连接，实现快速均匀成膜。在原位聚合交叉编织法基础上，为了进一步增强高分子链与MOF晶粒表面的化学相互作用，提高MOF膜的化学稳定性，王博教授课题组提出为MOF晶体颗粒进行合成后聚合，通过引入合适的单体和光引发剂，使用简便的光引发聚合，完成对MOF的稳定化学键连接，制备高选择性的无基底MOF薄膜。针对前两种方法的局限性，进一步提出从分子层面实现MOF膜的层层自组装，通过连续热压原位成膜，设计调控金属和有机物与基底表面官能团的反应性，实现在基底表面的快速成键，最终解决MOF颗粒均一度和MOF膜与基底之间稳定连接的问题。鉴于MOF材料作为吸附剂以及催化剂在环境净化方面的重要应用潜力，该综述还介绍了MOF膜作为滤膜对PM颗粒、二氧化硫、臭氧等空气污染物以及有毒金属离子、有机染料等水体污染物的去除研究。

这一成果近期发表在Acc. Chem. Res. 上，文章的第一作者是北京理工大学马小杰预聘助理教授。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Metal-Organic Framework Films and Their Potential Applications in Environmental Pollution Control

Xiaojie Ma, Yuantao Chai, Ping Li, Bo Wang

Acc. Chem. Res., 2019, 52, 1461-1470, DOI: 10.1021/acs.accounts.9b00113

王博教授简介

王博，1982年生于陕西。北京理工大学前沿交叉科学研究院执行院长，校学术委员会学部委员，教授。国家万人计划领军人才，国家杰出青年基金获得者，科技部中青年科技创新领军人才。获 “中国化学会青年化学奖”。现任国际IZA 学会MOF Commission常务理事，中国交通部环境与可持续发展学会常务理事，中国化学快报、中国化学学报和Scientific Reports 等杂志编委。2004年于北京大学化学与分子工程学院获理学学士学位，2006年于美国密歇根大学获化学材料学硕士学位，2008年于美国加州大学洛杉矶分校获化学材料学博士学位。

王博教授立足新型金属有机框架(MOF)、配位聚合物薄膜材料(MOFilter)，面向重大国家需求，在污染治理、绿色储能、能源气体生产与储存等领域取得了系列科研成果。现主持国家自然科学基金委课题、北京市新材料重大专项、973课题等科研项目。已在Nature、Science、JACS、Angew. Chem.等学术期刊上发表60余篇论文，论文SCI他引超过8000次，单篇最高他引1800次。已经获批美国专利6项，获批中国发明专利3项。研究成果受到国内外学者的认可和关注，被国际专业期刊多次评述报道。空气滤膜技术已经与相关企业合作，实现规模化生产。

https://www.x-mol.com/university/faculty/8913