多孔氫鍵有機框架材料的研究進展

王興剛

（蘭州石化職業技術大學，甘肅蘭州 730060）

隨著社會經濟的發展、科學技術的創新，越來越多的新型材料進入到實踐領域，滿足經濟生產、社會生活的基本要求[1]。多孔氫鍵有機框架是目前成熟的新型材料，其在材料物化屬性、材料制備難度以及加工成本等方面表現出極為明顯的優勢。相關技術團隊、生產企業投入大量資源，對多孔氫鍵有機框架材料開展系統行的研發，逐步形成完善的材料研發、生產機制，滿足不同場景下的材料使用需求。基于這種材料研發與使用的實際，本文在論述多孔氫鍵有機框架材料結構特性與材料特點的前提下，對現階段合成方法以及應用領域進行總結，旨在理順思路，為后續多孔氫鍵有機框架材料的研發升級提供方向性引導。

1 多孔氫鍵有機框架材料概述

系統分析多孔氫鍵有機框架材料基本形態與主要特點，有助于工作人員在思維層面形成準確地認知，精準把握其分子結構特性、物化特征，為后續材料合成加工機制的總結以及應用領域的探討奠定了堅實基礎。

1.1 多孔氫鍵有機框架材料結構分析

多孔氫鍵有機框架材料主要通過氫鍵將有機或者金屬-有機單元連接起來，形成的一種框架結構，由于氫鍵的強度較低，材料柔性較強，因此多孔氫鍵有機框架出現坍塌的機率較大[2]。近些年來，部分技術團隊通過剛性幾何結構、π-π作用、靜電作用，強化分子與分子之間的作用力，定向提升氫鍵的結構強度，形成多孔氫鍵有機框材料。基于這種技術理念，在較長的一段時間內，技術團隊嘗試利用各類有機物單元，進行多孔氫鍵有機框架材料性能的拓展，經過摸索，使得多孔氫鍵有機框架材料合成技術日益成熟，材料性狀更為穩定，廣泛應用于氣體吸附、催化、分離以及質子傳導等多個領域。

1.2 多孔氫鍵有機框架材料主要特點

多孔氫鍵有機框架材料由于自身結構組成以及制備方法的特殊性，與其他材料相比，表現出更為顯著的材料特性。多孔氫鍵有機框架材料制備條件相對簡單，可以在較為溫和的條件下進行材料合成，這種特點使得多孔氫鍵有機框架材料的加工難度相對較低，減少了人員、設備等方面的費用支出，增強了多孔氫鍵有機框架材料的實用屬性。同時多孔氫鍵有機框架材料具備較強的結晶性，合成制備環節生成的過程性材料更容易存儲，避免了對生態環境的污染，實現了材料的綠色化屬性[3]。多孔氫鍵有機框架材料，盡管利用剛性結構、靜電作用等路徑，對氫鍵進行了結構性的加強，但是由于氫鍵特殊的分子屬性，在外力作用下發生破壞后，仍舊可以利用相關的技術手段，對氫鍵開展恢復，這種技術特點使得多孔氫鍵有機框架材料在實踐應用環節，表現出較強的可修復性，實現了材料的重復性利用。多孔氫鍵有機框架材料在加工難度、生產綠色性以及可修復性等方面的材料優勢，促進越來越多的行業在材料選擇時，傾向于多孔氫鍵有機框架材料，以更好地滿足生態保護、經濟發展以及社會生活中對于新材料的使用需求。

2 多孔氫鍵有機框架材料主要合成方法

經過長時間的技術深耕，多孔氫鍵有機框架材料合成方法日益多元，對現階段主流多孔氫鍵有機框架材料主流合成方法的系統性分析，實現了技術經驗的總結，技術方法的完善，對多孔氫鍵有機框架材料合成方法的創新提供了方向性引導，避免技術升級的盲目性。

2.1 溶劑揮發法在多孔氫鍵有機框架材料合成中應用

溶劑揮發法在應用過程中，需要技術人員將良溶劑與有機配體按照一定的比例進行溶解，將溶解后得到的混合溶劑放置于小燒杯之中。通過靜置處理的方式，使得溶劑逐步揮發形成多孔氫鍵有機框架材料晶體，出于提升結晶速度以及結晶質量的考量，可以在燒杯口的位置套裝過濾紙，以此來達到控制溶劑揮發速度的目的。溶劑揮發法往往要求在常溫下進行靜置揮發，這就要求技術人員在溶劑選擇過程中，應當選擇沸點較低的溶劑品類，以此來縮短多孔氫鍵有機框架材料靜置周期，減少等待時間。溶劑揮發法在多孔氫鍵有機框架材料合成制備過程中，盡管制備的周期相對較長，但是獲得的材料晶體粒徑較大，符合后續的使用需求，降低了多孔氫鍵有機框架材料加工制備的難度[4]。

2.2 擴散法在多孔氫鍵有機框架材料合成中的應用

目前多孔氫鍵有機框架材料合成中的擴散法主要包括氣相擴散法以及液相擴散法兩種。氣相擴散法在應用環節，技術人員將有機配體溶解在沸點較高的良性溶劑之中，溶解操作完成后，通過揮發擴散的方式，將三乙胺、吡啶等揮發性不良的溶劑輸送到制定的密封性容器內，借助揮發性不良溶劑的析出作用，形成多孔氫鍵有機框架材料晶體。目前在多孔氫鍵有機框架材料氣相擴散法應用過程中，主要采用大瓶套小瓶的方式，以保證制備環節的密封性，所選用的良性溶劑以及不良性溶劑，在品類選擇上，應當做好鑒別，保證兩種溶劑的可溶性。在液相擴散法的應用過程中，技術人員需要率先確定不同類型的反應物，確定反應界面，在反應界面的附近區域采取溶劑擴散的方式，對反應流程的進行速度做好調控，避免反應速度過快或者過慢的情況發生。從過往的經驗來，液相擴散法對于氫鍵、受體的溶解速度較慢，劇烈程度較低，可以更好地保證多孔氫鍵有機框架材料晶體的質量與形狀特征。在某些對多孔氫鍵有機框架材料晶體質量要求較高的生產加工任務中，多數生產加工企業會選用擴散法進行多孔氫鍵有機框架材料的合成與制備。

2.3 溶劑熱合成法在多孔氫鍵有機框架合成中的應用

溶劑熱合法在多孔氫鍵有機框架材料合成環節，技術人員需要對整個生產條件進行精準化管控，從過往經驗來看，溶劑熱合法以高溫高壓作為主要的反應條件，通過溫度、壓力要素的控制，以實現溶解度的提升，縮短整個多孔氫鍵有機框架材料合成的時間周期。因此在實際的操作環節，技術人員應當在科學性原則、實用性原則的框架下，對整個合成反應流程做出適當的調整，避免溫度、壓力等因素調控不精準，引發合成質量問題[5]。除了做好反應條件的管控之外，技術人員還需要選擇恰當的反應溶劑，目前使用頻率較高的溶劑主要有DMSO、NMP等幾大類，這些溶劑的屬性很好地契合溶劑熱合成法的反應機理，具有較強的實用性。目前溶劑熱合法應用過程中，技術人員可以利用真空封管法、反應釜法等技術方案，來完成多孔氫鍵有機框架材料的合成任務。真空封管法應用環節，技術人員將稱量好的有機配體、溶劑放入到反應容器之中，利用超聲設備，加速反應物的溶解，溶解完成后，將混合物輸送到烘箱內，利用烘箱的高溫、高壓環境，完成多孔氫鍵有機框架材料晶體的制備。反應釜法在應用環節，技術人員需要將完成配比操作的原料，放入反應釜的內襯之中，在此基礎上，加入有機溶劑，采取密封處理后，將反應釜放入烘箱之中，對烘箱溫度進行設定，烘箱根據設定的溫度，通過溫度條件要素的控制，加速多孔氫鍵有機框架材料晶體析出的速度。

3 多孔氫鍵有機框架材料的應用領域

多孔氫鍵有機框架材料應用領域的探討，進一步細化了材料應用范疇，逐步明確多孔氫鍵有機框架材料應用環節的注意事項，確保了其在相關領域的針對性應用，提升多孔氫鍵有機框架材料的實用性，促進其實踐價值的充分發揮。

3.1 多孔氫鍵有機框架材料在氣體存儲與分離中的應用

多孔氫鍵有機框架材料可以用于氣體的存儲，在實際的應用環節，技術人員可以根據存儲氣體的性狀，對多孔氫鍵有機框架材料孔道內部進行必要的調整，以持續提升多孔氫鍵有機框架材料對于氣體的存儲能力。從過往經驗來看，多孔氫鍵有機框架材料對于二氧化碳、乙烯等氣體具有較強吸附能力。以二氧化碳吸附為例，多孔氫鍵有機框架材料自身的孔道尺寸較大，晶體結構可以與二氧化碳的分子結構發生較強的相互作用，進而增強二氧化碳的氣體吸附效果，完成二氧化碳的快速處理。與傳統的氣體存儲與分離方式相比，多孔氫鍵有機框架材料的實用性較強，操作難度較低，控制了成本投入，可以較好地提升氣體分離的成效，對于后續氣體存儲、應用等活動的開展提供了技術支持。

3.2 多孔氫鍵有機框架材料在光譜技術中的應用

多孔氫鍵有機框架材料在進行光譜技術應用環節，技術人員利用LB技術，以二十碳酸作為輔助，對多孔氫鍵有機框架材料進行相應的處理，在相關技術的支持下，多孔氫鍵有機框架材料形成多層堆疊，這種結構的優化調整，使得光譜膜層逐步保護，多孔氫鍵有機框架材料作為光譜技術的中間性產物，其可以提升光譜膜層保護能力，并且降低光譜技術的生產難度，壓縮生產成本。

3.3 多孔氫鍵有機框架材料在質子傳導中的應用

質子導體作為燃料電池的重要組成，通過多孔氫鍵有機框架材料，可以加強燃料電池內部質子交換速度，交換速度的持續性提升，實現了燃料電池性能的改善，提升了燃料電池的實用性，對于汽車工業的發展有著極大的推動作用。在實際的應用環節，為了更好地發揮多孔氫鍵有機框架材料的材料優勢，技術人員應當結合現階段燃料電池的運轉方式以及結構組成，從技術角度出發，有針對性地調整技術思路，優化技術手段，將多孔氫鍵有機框架材料與燃料電池的所涉及的各類材料進行組合搭配，充分利用多孔氫鍵有機框架材料的結構特性，提升燃料電池的性能，以確保多孔氫鍵有機框架材料，可以更好地發揮其在質子傳導方面的應用，以實現燃料電池性能的穩步提升。

4 結束語

多孔氫鍵有機框架材料的研發與應用的階段性總結，實現了材料研發技術、實踐應用方法要點的明確。從整體層面來看，對于多孔氫鍵有機框架材料的合成技術的升級有著較強的指導價值，推動了技術研發體系的健全與完善，對于后續多孔氫鍵有機框架材料的應用提供了方向性引導，在很大程度上，促進了多孔氫鍵有機框架材料產業的成熟。