获得高性能的功能材料一直是科学家和工程师的长期目标，可以极大地促进科学技术的发展，从而造福于社会。作为著名的多孔材料，金属有机骨架（Metal−Organic Frameworks，MOF）是由分子构造块通过强配位键连接而成的晶体开放骨架，为存储和捕获客体分子提供了孔隙空间。在孔隙率方面，MOF的表现优于传统的多孔材料，包括沸石和活性炭，具有异常的孔隙率，内表面积高达每克样品数千平方米，周期性孔径从亚纳米到纳米不等。目前，人们已经合成了大量MOFs，在储存气体燃料到分离难处理的工业气体混合物，传感物理和化学刺激，以及传输质子进行传导等潜在应用。与传统的多孔材料相比，MOFs具有优异的孔调节能力和孔工程内部改性能力，是探索高性能功能材料的优秀平台。不同几何形状的刚性构筑单元和多支化有机连接物的合理组合使MOFs具有不同的孔结构，从球形到圆柱形、狭缝和管状结构，它们在不同方向上相互隔离或相互连接，可以优化用于大容量储气。基于MOF化学中的等网格原理和积木方法，多孔材料的孔径调整可以精确地进行，使其适用于工业上重要的气体分离。此外，MOFs中的大孔洞很容易被不同功能客体所包覆，从而形成了具有多种功能的新型MOFs复合材料。

鉴于此，德克萨斯大学圣安东尼奥分校陈邦林，福建师范大学张章静研究员重点综述了课题组自2016年以来在通过孔工程实现高性能MOF材料方面的研究进展。

文章要点

1）研究团队已经能够调整和优化孔结构，固定特定的功能位点，并将客体物种加入到目标MOF材料中，从而用于储氢、甲烷储存、轻烃净化和质子传导，特别是用于各种工业上重要的气体分离，包括乙炔脱除和乙烯和丙烯的净化。通过设计赋予MOF多种功能的孔隙率和孔化学，为相应的应用场景定制高性能MOFs材料。MOF材料由于其结构的独特性（孔隙率和功能性）可以促进质子载体的加入，已被用于开发清洁能源汽车的质子交换膜燃料电池（PEMFC）的质子导电。

2）目前，MOF材料在工业上的进一步实际应用还需要解决一些问题，如长期耐久性、材料成本、加工性能、成型或造粒、机械稳定性、大规模部署、运行稳定性等。尽管如此，一些MOF材料仍有望用于工业应用仍是可望的，特别是通过MOF/聚合物复合材料。经过几代MOF的发展，化学家们已经能够精确地控制和设计多孔材料中的孔隙空间和化学成分。高性能MOF材料在不同的应用场景中已经取得了很大的进步，孔工程对MOF设计的影响远远超出了人们的想象。

参考文献

Rui-Biao Lin, Zhangjing Zhang, Banglin Chen, Achieving High Performance Metal−Organic Framework Materials through Pore Engineering, Acc. Chem. Res., 2021

DOI: 10.1021/acs.accounts.1c00328

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.1c00328