疏水性金屬-有機骨架材料的研究進展

李競草，吳冬霞，常麗萍，趙煒，王建成，胡江亮

（太原理工大學煤科學與技術教育部和山西省重點實驗室，山西太原030024）

金屬-有機骨架（MOFs）材料是一種新型的多孔材料，具有孔結構有序、比表面積大、柔性獨特、可設計性強等特點，在氣體儲存[1-2]、氣體吸附分離[3-4]以及電化學儲能[5]等方面展現出巨大的應用潛力。與傳統的材料相比，MOFs 最顯著的優勢在于其在分子層面上對孔結構、表面性質的高效調控，可為新型吸附劑的開發提供良好的操作平臺。然而，MOFs 材料存在較弱的金屬-配體配位鍵，其金屬配位中心具有親電性，在遇到水汽等具有一定親核性的吸附物后其精細微觀結構很容易被破壞。此外，H2O分子與目標分子存在競爭吸附，會導致MOFs材料的選擇性和吸附量嚴重下降、再生困難，如何消除或降低水對MOFs的影響已成為限制其工業化應用的關鍵因素之一。

MOFs 骨架中存在的大量親水位點是H2O 分子容易被吸附的重要原因，構筑MOFs疏水/超疏水表面、減少表面的親水位點是提高其骨架穩定性和吸附性能最有效的策略之一。目前，國內外學者提出的各種改性方法主要可以分為3類：①改變金屬和配體，調節配位方式，減少親水位點暴露；②引入疏水性官能團，增加骨架疏水性；③與疏水材料共混（如疏水性聚合有機物、碳材料），提高其疏水性能。這些方法雖然在疏水改性上都展現了各自獨特的優勢，但也存在各種不同的問題。因此，探索現有MOFs疏水改性方法的相關原理，研發優異的疏水性MOFs新材料解決水汽引起的問題，具有重要的科學意義和實用價值。……