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南林葛省波教授等《Coordin. Chem. Rev.》：先进MOF衍生材料在去除有机和无机污染物方面的研究进展

高分子科技 · 公众号 · 化学 · 2025-02-07 13:04

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金属有机框架（ MOFs ）作为一种新型的多孔材料，因其高度可调的结构、广泛的比表面积和优异的吸附性能，成为近年来污染物去除领域的重要研究对象。 MOFs 由金属离子与有机配体通过配位键结合形成的三维网络结构，不仅具有优越的吸附能力，还能通过调控其孔隙结构和表面化学性质，实现对特定污染物的选择性吸附。然而，由于 MOFs 材料通常存在较差的稳定性和机械强度，限制了其在实际应用中的推广。为了解决这些问题，科学家们对 MOFs 进行了衍生化处理，得到了一系列具有高稳定性和高催化活性的衍生材料。近年来的研究表明， MOF 衍生材料在水处理、空气净化、土壤修复等领域展现了良好的应用前景。这些衍生材料能够通过物理吸附、化学降解、催化氧化等多种方式，有效去除有机污染物（如苯类化合物、酚类、染料）和无机污染物（如重金属离子、氮氧化物）。因此， MOF 衍生材料的开发和应用已然成为环境污染治理领域的重要研究课题。

为深入探讨先进 MOF 衍生材料在去除有机和无机污染物方面的研究进展，近期， 南京林业大学葛省波副教授 、 中南林业科技大学张仲凤教授 、西安工程大学樊威教授、沙赫鲁德理工大学 Mashallah Rezakazemi 教授 合作在 Elsevier 旗下《 Coordination Chemistry Reviews 》期刊上发表了题为《先进 MOF 衍生材料在去除有机和无机污染物方面的研究进展》（ Progress in advanced MOF-derived materials for the removal of organic and inorganic pollutants ）的综述论文。该综述详细探讨了先进的 MOF 衍生材料的构造和组成，包括后处理、直接混合、原位生长和绿色合成。然后，介绍了 MOF 衍生材料在去除有机和无机污染物中的应用和机理。最后，概述了 MOF 衍生材料对联合国可持续发展目标的环境应用评估和贡献。总的来说，本综述将为设计和合成先进的 MOF 衍生材料以有效修复有机和无机污染物提供有用的见解。

图 1. MOF 衍生材料的合成及应用

在 MOF 衍生材料合成方面，文章基于 MOF 材料固有的不稳定性、微孔和可折叠的空间结构的缺点，介绍了后合成、直接混合和原位生长三种合成方法可以最大限度地保证 MOF 衍生物材料的原始结构和形态。

图2 . 后合成法

图3 . 直接混合法

图4 . 原位生长法

随后文章根据其化学成分， MOF 衍生材料可分为纯 MOF 衍生材料、 MOF@ 有机材料、 MOF@ 无机材料和其他 MOF 基复合材料。并且对比了不同种类 MOF 衍生材料的特点、可重复性以及应用场景。

表 1. 不同 MOF 衍生材料的性能比较

然后是这篇综述的一大亮点，通过介绍 MOF 衍生材料在有机污染物和无机污染物中的应用，将有机污染物分为有机染料、苯和醛、石油有机物、抗生素四类；将无机污染物分为重金属离子、空气污染物、工业气态污染物、二氧化碳四类，详细阐述了 MOF 衍生材料在有机污染和无极污染处理中的作用机理。

图 5. MOF 衍生材料对有机染料的吸附机制

图 6. MOF 衍生材料对重金属离子的吸附机制

图 7. MOF 衍生纤维膜对工业气态污染物的吸附机制

此外，本综述从 MOF 衍生材料的稳定性、亲水性和疏水性、多孔结构三个角度来分析评判了 MOF 衍生材料的环境友好性，总结了先进 MOF 材料在实现关键可持续发展目标方面的潜力和意义， MOF 材料主要集中在实现清洁水和卫生设施、气候行动、水下生命、陆地生命和负担得起的清洁能源。

文章最后展望了 MOF 衍生材料在有机污染和无极污染处理中的未来发展，当前面临的问题和持续挑战。包括 MOF 衍生材料的绿色回收、利用计算机技术利用 MOF 衍生材料根据污染物的形状和尺寸等特性建立准确的吸附模型以及 MOF 衍生材料大规模生产等问题。针对性解决各自领域中的问题，例如含有 Fe 、 Co 、 Ni 等元素的 MOF 衍生材料具有磁性，有助于在污染物处理后期对其进行回收、如果将 MOF 衍生材料的这一特性与空调或空气净化设备的除湿功能结合起来， MOF 的吸附性能可能会大大提高、通过结合不同材料的特点来增强 MOF 符合衍生物的性能，扩大 MOF 衍生材料的应用范围。

得益于材料科学和制造技术的持续创新，MOF衍生材料也在迅速发展，持续更新迭代，对着环境污染治理问题越来越受到全世界的关注，MOF衍生材料在环境治理领域的潜力也将进一步被发掘。

南京林业大学博士研究生石洋和中南林业科技大学博士研究生杨洋为该文章的共同第一作者，南京林业大学为第一完成单位， 本研究得到国家自然科学基金、中国科协青年人才托举工程、中央财政林业科技推广示范基金项目等资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ccr.2025.216474

南林葛省波教授等《Coordin. Chem. Rev.》：先进MOF衍生材料在去除有机和无机污染物方面的研究进展

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