近日，中国科技大学俞书宏院士团队合作在权威期刊Advanced Materials上在线发表重要研究，报道了一种通用的、以纳米纤维素为模板的制备MOF纳米纤维的工业级方法。通过宏观组装和溶液加工， MOF纳米纤维膜在水处理和多相催化反应方面具有良好的应用性能。

【研究概要】

金属有机框架材料(MOFs)以其极高的比表面积、有序的孔结构、丰富的成分和丰富的功能，在气体分离、传感、催化、能源、环境科学和生物医学等领域具有广泛的应用价值。然而，MOF晶体的加工和上层结构的控制是MOF应用的关键问题。在此，研究团队报告了一种强大的模板，即纳米纤维素原纤(NFC)，可以用于合成具有一维(1D)纳米纤维形态的MOF材料。利用该模板可以制备出具有均匀网络结构和高纵横比的NFC@MOF核壳纳米纤维。NFC@MOF纳米纤维的晶体尺寸小、柔韧性好、分散性好，便于MOF材料的宏观组装和溶液加工。概念验证研究表明，独立式MOF纳米纤维膜在水处理和多相催化反应方面具有良好的应用性能。这种综合和溶液处理策略可能预示着一个促进MOFs工业应用的新时代。

【研究背景】

金属有机框架(MOFs)是具有规则多孔结构和可调节功能的高比表面积配位聚合物，金属有机骨架的研究已从基础化学研究迅速发展到纳米技术和材料科学等多学科领域的应用。然而，MOFs的脆弱性质，即MOFs容易分解成粉末，阻碍了它们在各种应用中作为通用材料的有效使用，如传感、催化、能源、气体存储或分离。人们正在研究MOFs的宏观形式，如膜，以将实验室合成的MOFs粉末转化为工业上可行的产品，用于分离、化学传感器和催化剂。两种主要的制备策略，已发展为MOF膜。第一种方法涉及制备连续生长的薄膜，该薄膜由不间断的纯MOF薄层组成，该薄层位于支撑基板上，工艺复杂。第二种方法涉及复合体系，其中MOFs与聚合物结合，通常作为混合基质膜(MMMs)，这些MOFs以微晶粉末或亚毫米体制下的小晶体的形式固有地不适用于膜工艺。因此，可加工的金属-有机框架膜长期以来一直在寻求推进MOFs在从分离到催化等各种技术中的应用。同时，尺寸和形状可控的MOF纳米晶体的制备以及MOF在宏观材料(如功能性MOF薄膜或膜)中的组装是目前的主要挑战。因此，寻找适合溶液加工的MOF晶体尺寸和尺寸控制的新策略引起了人们的广泛关注。

虽然一维MOFs在通过方便的溶液加工过程组装宏观膜材料方面具有优势，但由于缺乏高度均匀的一维纳米材料模板，目前合成一维MOFs上层结构的方法较少。

【图文解析】

Figure 1. Schematic illustration of the NFC-templating synthesis and solution processing of MOF nanofibers.

Figure 2. Characterization of NFC@MOF nanofiber materials.

Figure 3. a) Schematic illustration of continuous-flow synthesis of ZIF-8 nanofibers. b) Digital photograph of large-scale synthesized ZIF-8 nanofiber solution (2.95 mg mL-1 ); SEM image and digital photograph of free-standing ZIF-8 nanofiber membrane. c, d) SEM observation of the ZIF-8 nanofiber obtained by continuous-flow synthesis with different residence time.

Figure 4. SEM images of different substrate materials before and after being coated with ZIF-8 nanofibers by different solution processing methods.

Figure 5. a, b) Equilibrium adsorption isotherms and adsorption rate curves of organic micropollutant adsorption on ZIF-8 nanofibers. c, d) Knoevenagel condensation between 2-nitrobenzaldehyde and malononitrile as a function of time on UiO-66-NH2 nanofiber membrane with different flow rates (0.5 and 0.1 mL min-1 ) of reaction mixture.

【文章信息】

Li, S.-C., Hu, B.-C., Shang, L.-M., Ma, T., Li, C., Liang, H.-W. and Yu, S.-H. (2022), General Synthesis and Solution Processing of Metal-Organic Framework Nanofibers. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2202504.https://doi.org/10.1002/adma.202202504