MOFs柔性復(fù)合材料綜述

近20年來金屬-有機(jī)框架材料（Metal-organicframeworks，MOFs）因其在氣體儲(chǔ)存、分離、催化、傳感、過濾和能源等領(lǐng)域表現(xiàn)出優(yōu)越的性能而備受各領(lǐng)域研究者的關(guān)注。雖然MOFs具有眾多優(yōu)越的性能，但在MOFs的實(shí)際應(yīng)用中仍舊具有很多困難。絕大多數(shù)的MOFs具有脆性、易水解、耐酸堿性差、與其他材料的相容性較低等缺陷，通常難以加工成專用器件。同時(shí)，MOFs材料通常為固體粉末，由于固態(tài)粉末的物理特性，導(dǎo)致其容易團(tuán)聚，從而降低活性，阻礙應(yīng)用。解決以上問題是發(fā)展MOFs實(shí)際應(yīng)用的先決條件。針對(duì)MOFs的團(tuán)聚現(xiàn)象，研究者們嘗試了多種方法，主要思路是將MOFs負(fù)載于基底上，通過基底對(duì)其支撐作用，達(dá)到分散材料的目的?；谝陨媳尘埃琈OFs柔性復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生。柔性材料作為前沿?zé)狳c(diǎn)，不僅可以為MOFs提供有效的支撐，并且其獨(dú)特的柔性特征也為MOFs在多場(chǎng)景下的應(yīng)用提供了可能。摘要：金屬-有機(jī)框架材料（MOFs）作為近年來的研究熱點(diǎn)，在氣體儲(chǔ)存、分離、催化等多個(gè)領(lǐng)域表現(xiàn)出優(yōu)越的性能。但材料本身存在的缺陷和特性使得單一MOFs在實(shí)際應(yīng)用中仍存在較多困難。將MOFs與其他材料復(fù)合制備具有一定柔性的新型材料成為擴(kuò)寬其實(shí)際應(yīng)用的有效途徑。從制備方法角度出發(fā)，綜述了前沿MOFs柔性復(fù)合材料的制備及其應(yīng)用，并對(duì)MOFs復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)與存在的問題展開討論，指出柔性基底材料為MOFs實(shí)際應(yīng)用提供了支持。進(jìn)一步開發(fā)和研制新型MOFs復(fù)合材料，提高M(jìn)OFs實(shí)際應(yīng)用的可能性與多樣性，仍是研究者們需要努力的方向。結(jié)論MOFs作為一種新興的多孔材料，在氣體儲(chǔ)存、催化、分離、傳感和能源等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出優(yōu)異的性能。然而，MOFs的粉體形式限制了其應(yīng)用的進(jìn)一步拓展。MOFs通過與不同的基底材料相結(jié)合，制備的MOFs新型復(fù)合材料成為解決其實(shí)際應(yīng)用的有效手段。但發(fā)展中仍存在一些不足：（1）混合基質(zhì)膜雖可以很好地包裹MOFs，一定程度上增加了MOFs材料的穩(wěn)定性，但同時(shí)也犧牲了MOFs與目標(biāo)物的接觸，降低了有效成分的活性。（2）使用商業(yè)成品織物可以大大減少制備工藝流程，節(jié)省時(shí)間，同時(shí)還具有簡(jiǎn)單易得、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)；其比表面積和孔隙率雖比混合基質(zhì)膜有一定提升，但依舊無法滿足需求；普通織物的耐酸堿性、耐熱性能有限，無法滿足實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的惡劣環(huán)境條件。（3）納米纖維具有較高的比表面積和更好的柔韌性，而且通過聚合物的篩選和調(diào)整，可以滿足基底耐酸堿、耐高溫等要求；同時(shí)，納米纖維制作流程易工藝化、宏量化，但需要使用及回收大量有機(jī)溶劑。（4）氣凝膠具有高分層孔隙率、大表面積、質(zhì)量極輕以及優(yōu)異的柔性，是另外一類制作MOFs柔性材料的潛力基材。但是，氣凝膠尤其是纖維素氣凝膠的理化性質(zhì)導(dǎo)致了其在有機(jī)溶劑環(huán)境下的抗性較差，容易分解，因此，應(yīng)用范圍受到實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的制約。另外，通過ALD技術(shù)手段也可以實(shí)現(xiàn)在多種基底上定向生長(zhǎng)MOFs的目的，但ALD技術(shù)成本較高，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大批量生產(chǎn)。以上MOFs柔性復(fù)合材料都各有其優(yōu)缺點(diǎn)，總的來說，柔性基底的支撐作用使MOFs的實(shí)際應(yīng)用變成了可能，增加了其應(yīng)用前景的廣泛性。例如，通過與柔性基底的結(jié)合，可將MOFs制備成可穿戴的傳感器、具有柔性的分離及過濾膜、可穿戴的化學(xué)防護(hù)產(chǎn)品、具有一定柔性的電池部件等?？偠灾?，柔性基底的使用使MOFs的應(yīng)用更為便捷。與此同時(shí)，如何解決現(xiàn)有柔性基底的缺陷，開發(fā)和研制出膜缺陷更少、負(fù)載量更多、穩(wěn)定性更強(qiáng)、制備方法更簡(jiǎn)單高效低廉環(huán)境友好的MOFs柔性復(fù)合材料，MOFs應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)新及提高實(shí)際應(yīng)用可能性與多樣性，這些仍是研究