金属有机框架，化学奇迹新材料 (2018)

2018 年 9 月 20 日 作者：Krissy Eliot |加州杂志金属有机框架 (MOF) 是一种革命性的新型结晶固体，可用于捕获多种物质，包括温室气体，或用作纳米药物载体。它们还可以从沙漠空气中吸取水。

MOF 的一个主要特征是它们包含多少空白空间，有些人将其称为“奇迹材料”。这种海绵状纳米结构在科学文献中经常被描述为“超高多孔”，它具有所有已知材料中最大的内表面积。展开并平铺时，一克 MOF 可以覆盖一个足球场。

MOF 以及其他新颖的化学结构，包括共价有机骨架 (COF) 和沸石咪唑酯骨架 (ZIF)，都源于一个名为“网状化学”的领域——这个名字是由该领域的先驱、伯克利化学家 Omar Yaghi 创造的，他在加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利实验室都有任职。

Omar Yaghi 教授（摄影：Marcus Hanschen，加州大学伯克利分校） Yaghi 教授和他的伯克利团队最近因创建一种可以从极其干燥的空气中收集水的 MOF 而成为头条新闻。

MOFs 捕获水分子过夜，并在第二天早上以水蒸气的形式释放它们，然后凝结成可饮用的物质。每磅 MOF 粉末每 12 小时收集约 1.3 升水。更好的是，该系统可以仅依靠太阳能运行，并且 MOF 可以重复使用。这个过程可以一夜又一夜地重复。亚吉表示，该技术还具有出色的可扩展性。

“如果你有一个村庄需要浇水，你可以使用一公斤 [MOF] 或一百公斤。你可以使用一千公斤！那会坐在那儿......收集水。” Yaghi 和他的团队于 2014 年构想出水收集 MOF，当时他们将锆金属和己二酸结合在一个与 H 2 O 结合的结构中。然后他们与设计收集装置的麻省理工学院的工程师合作。目前，亚吉和他的团队正在与公司合作将该技术商业化，并渴望将其带给水资源日益稀缺和资源日益匮乏的地区的人们。

20 年前，Yaghi 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。亚吉解释说，几十年来，科学家们一直试图合成类似的化学结构，但几乎总是失败。他和他在亚利桑那州立大学的团队成功地创建了结构坚固的更大集群。从那时起，该领域呈指数级增长。目前，MOF 的种类约有 20,000 种，而且还在不断增加，其用途似乎数不胜数。亚吉说：“我们创造了前所未有的化学结构，其数量和多样性是任何类别的材料都从未见过的。” “现在他们正转向能源和环境领域的不同应用。”碳捕获就是一个典型的例子。

MOF 可用于在燃煤发电厂内的气体到达大气之前将其开采出来，从而有助于减缓全球变暖。它们还可用于更安全有效地输送农药。医学研究人员正在使用可生物降解的 MOF 将化疗药物直接运送到癌细胞。亚吉去年告诉《伯克利新闻》，MOF 的下一步是让它们更加普及，并让人们了解它们的潜力。

“全世界都在使用 MOF 来研究巨大的问题，”Yaghi 说。

“剩下的就是大规模部署这些技术，以实际服务社会。”亚吉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（20