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阿卜杜拉国王科技大学的研究人员开发了 MOF 设计的新方法一种在功能材料 - 金属有机框架 (MOF) 中创建定制纳米尺寸窗口的新方法，在以下领域具有潜在应用：气体分离和医疗应用。具有预定孔径形状和尺寸的 MOF 由“中心模板”结构弧的分子版本驱动。
这种方法有几个优点，可以提高 MOF 的性能。图片来源：©2023 KAUST
使用这种方法设计和制造的新型 MOF 范围从具有气体分离潜力的窄孔材料到由于其优异的氧吸附能力而具有医疗应用潜力的大孔结构。
领导这项研究的 Konfutse Eddaoud 团队的亚历山大·萨皮尼克 (Aleksandr Sapianik) 表示：“设计新结构时最具挑战性的目标之一是观察它们的形成。”在网络化学（将分子构件组装成 MOF 等多孔晶体材料）中，团队意识到中心模板概念可以提供精确的控制。 ”
该研究的起点是沸石 MOF（ZMOF），它通常具有由称为超四面体（ST）的构建块组成的五边形窗口。 “我们的目标是控制 ST 的排列，从这种众所周知的拓扑结构变为使用这些构建块之前从未报道过的拓扑结构，”Sapianik 说。
研究团队开发了一种中央结构控制方法（cSDA）来控制 ST 对齐并创建新形状和尺寸的 ZMOF 窗口。 cSDA 阵列旨在收紧相邻 ST 单元之间的角度，形成一个小窗口。第二组 cSDA 旨在加宽 ST 单元之间的角度，从而创建更大的窗口。
博士后Eddaoudi团队的Marina Barsukova表示，“MOF的孔径和体积是影响其使用的重要参数。该团队设计的大窗口ZMOF（Fe-sod-ZMOF-320）在已知的MOF中表现出了最好的性能”。氧吸附能力。这一特性在医疗和航空航天工业中非常重要，因为大容量可以增加氧气瓶中储存的氧气量，或者使氧气瓶变得更小，以便于运输。同样的 ZMOF 也有利于甲烷储存。甲烷和氢气都是潜在的燃料，该系列中的另一种窄窗口 ZMOF 也显示出从分子混合物中分离气体的潜力。 ”
Eddaoud 小组的研究员 Vincent Guillerm 表示，cSDA 概念具有多种优势，可以提高 MOF 的性能。“cSDA 将大窗口分解为更小的窗口，初步结果表明这有助于化学分离，”他说。 “它还提供了更多的内部孔隙表面积，这有助于改善气体储存并增强 MOF 结构，从而提高材料的稳定性。我们开发的重点方法是另一种有效的网络化学策略，并为网络化学提供了新的见解。能源安全和环境可持续性应用需要生产 MOF。
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