金属有机框架：化学界的新型神奇材料（2018）

# 认识金属有机框架：化学界的全新奇迹材料 来源：https://chemistry.berkeley.edu/news/meet-metal-organic-frameworks-chemistry%E2%80%99s-new-miracle-materials 金属有机框架（MOFs）是一类革命性的新型晶体固体，可以设计用来捕获各种物质，包括温室气体，或用作纳米药物载体。它们还能从沙漠空气中提取水。 MOFs的一个主要特征是它们包含多少空的空间，有些人称它们为"奇迹材料"。在科学文献中常被描述为"超高度多孔"，这种海绵状纳米结构拥有任何已知材料中最大的内表面积。展开铺平，一克MOF就能覆盖一个足球场。 MOFs以及其他新颖的化学结构，包括共价有机框架（COFs）和沸石咪唑酯框架（ZIFs），都源出于一个名为"网状化学"的领域——这个名称由该领域的先驱、伯克利化学家Omar Yaghi创造，他同时在加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利实验室任职。 Omar Yaghi教授Omar Yaghi（图片由UC Berkeley的Marcus Hanschen拍摄） Yaghi教授及其伯克利团队最近因创造了一种能从极干燥空气中收集水的MOF而登上新闻头条。这种MOF在夜间捕获水分子，并在第二天早上将其释放为水蒸气，随后冷凝成可饮用水。每磅MOF粉末每12小时可收集约1.3升水。更好的是，该系统仅靠太阳能即可运行，且MOF可重复使用。这一过程可以夜复一夜地循环进行。 据Yaghi称，这项技术也极具可扩展性。"你可以使用一公斤（的MOF），或者如果你有一个村庄需要供水，可以使用一百公斤。你甚至可以使用一千公斤！把它放在那里……就能收集水。" Yaghi和他的团队在2014年构思了这种集水MOF，当时他们将锆金属和己二酸结合成一种能与H2O结合的结构。随后，他们与麻省理工学院的工程师合作，设计了集水装置。 目前，Yaghi和他的团队正与公司合作将该技术商业化，并急切地希望将其推广到水资源日益稀缺且饱受争夺的地区的人们手中。 Yaghi在20年前开创了网状化学，当时他开始将金属与有机分子结合，试图更好地储存气体和液体。Yaghi解释说，科学家们几十年来一直试图合成类似的化学结构，但它们几乎总是会坍塌。他和他在亚利桑那州立大学的团队通过创建结构更稳固的较大簇合物而取得了成功。 自那以后，该领域呈指数级增长。目前，有大约20,000种不同类型的MOF，而且数量还在增加，它们的用途似乎数不胜数。 "我们创造了以前从未有过的化学结构，其数量和多样性是任何材料类别都未曾见过的，"Yaghi说。"现在它们正在向能源和环境领域的不同应用扩散。" 碳捕获是一个典型的例子。MOF可用于在燃煤发电厂的气体进入大气之前从中提取CO2，从而帮助减缓全球变暖。它们还可以用于更安全、更有效地输送杀虫剂。医学研究人员正在使用可生物降解的MOF将化疗药物直接输送到癌细胞。 Yaghi去年告诉《伯克利新闻》，MOF的下一步是让它们更普及，并让人们了解它们的潜力。"世界各地都在利用MOF研究巨大的问题，"Yaghi说。"剩下的真正问题是大规模部署这些材料，以实际服务于社会。" Yaghi的工作获得了众多奖项，包括沃尔夫化学奖（2018年）、阿尔伯特·爱因斯坦世界科学奖（2017年）和费萨尔国王国际奖（2015年）。他也被提名诺贝尔奖。 这与他的早期抱负相去甚远。 "当我最初开始（涉足化学领域）时，"Yaghi说，"我并不是为了解决社会问题而进入这个领域的。实际上，我只想一个人待着。" *Krissy Eliot对金属有机框架竟然不是一个音乐节感到有点失望。*