2025年10月8日，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予金屬有機(jī)框架（MOFs）領(lǐng)域的三位開(kāi)拓者，彰顯了該材料在能源與環(huán)境應(yīng)用中的重大科學(xué)價(jià)值。

金屬有機(jī)框架是由金屬離子或團(tuán)簇與有機(jī)配體通過(guò)配位作用自組裝形成的晶態(tài)多孔材料。其結(jié)構(gòu)可類(lèi)比為“納米級(jí)建筑”：金屬節(jié)點(diǎn)作為“連接樞紐”，有機(jī)配體作為“支撐支柱”，共同構(gòu)建出具有規(guī)則孔道和可設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的三維網(wǎng)絡(luò)。作為一種載體材料，MOFs不僅具備多孔材料高比表面積和可控孔隙率的優(yōu)勢(shì)，還保留了其有機(jī)配體及無(wú)機(jī)金屬節(jié)點(diǎn)自身的功能，可根據(jù)與負(fù)載物間的分子作用力類(lèi)型對(duì)MOFs進(jìn)行功能化修飾來(lái)增強(qiáng)吸附。因此，在氣體吸附與分離、多相催化、離子傳導(dǎo)等領(lǐng)域MOFs展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用潛力。

以對(duì)一氧化碳（CO）分離工藝的促進(jìn)影響為例，CO是合成乙二醇、醋酸等重要化學(xué)品的關(guān)鍵原料，傳統(tǒng)制備方法依賴(lài)化石燃料，能耗與碳排放較高。而鋼鐵、電石等工業(yè)尾氣中含大量CO，若實(shí)現(xiàn)其高效提純與資源化利用，既能提供合成原料，又可降低環(huán)境污染。然而，工業(yè)尾氣中CO常與氮?dú)猓?/span>N₂）共存，二者動(dòng)力學(xué)直徑和極性相近，分離難度大。MOFs材料因其孔道結(jié)構(gòu)可精確設(shè)計(jì)、表面化學(xué)環(huán)境可調(diào)，在CO/N₂選擇性吸附方面顯示出獨(dú)特潛力，為高效分離提供了新思路。

目前，CO/N₂的分離主要采用深冷分離、溶液吸收和固體吸附三類(lèi)技術(shù)。深冷分離法雖處理量大，但由于CO與N₂沸點(diǎn)接近，需依賴(lài)多級(jí)精餾實(shí)現(xiàn)有效分離，導(dǎo)致工藝流程復(fù)雜、設(shè)備投資高且能耗巨大；溶液吸收法雖對(duì)CO具有較高選擇性，但存在吸收劑性能要求嚴(yán)苛。相比之下，固體吸附法中的變壓吸附（PSA）技術(shù)通過(guò)調(diào)控吸附壓力即可實(shí)現(xiàn)CO的高效富集與回收，兼具能耗低、設(shè)備簡(jiǎn)便、自動(dòng)化程度高以及操作靈活等優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)有CO/N₂分離技術(shù)中展現(xiàn)出顯著的應(yīng)用可行性與經(jīng)濟(jì)性。

在PSA工藝中，吸附劑的性能是決定CO/N₂分離效率的關(guān)鍵。目前所使用CO專(zhuān)用吸附劑，均是以過(guò)渡金屬包括 Cu⁺、Ag⁺、Ni⁺ 等化合物為活性組分，負(fù)載在分子篩、活性炭等高比表面積的多空物質(zhì)上形成的固體絡(luò)合吸附劑。其原理是CO與一價(jià)過(guò)渡金屬形成一種作用力介于物理吸附與化學(xué)吸附之間的π鍵，可實(shí)現(xiàn)對(duì)CO的選擇性識(shí)別，并能在溫和條件下（如加熱或減壓）實(shí)現(xiàn)脫附，從而獲得高純度CO。

近年來(lái)，MOFs材料因其結(jié)構(gòu)與功能的可調(diào)性，被視為開(kāi)發(fā)新型CO吸附劑的理想載體。有研究嘗試將Cu引入MOF孔道制備絡(luò)合吸附劑，但由于MOFs熱穩(wěn)定性較差，難以通過(guò)熱分散使Cu⁺均勻分布，導(dǎo)致金屬團(tuán)聚。后續(xù)還原過(guò)程中，高溫或還原性氣體易破壞骨架或產(chǎn)生單質(zhì)Cu，造成吸附劑失活。

另有研究發(fā)現(xiàn)，CO可與MOFs骨架中的不飽和金屬位點(diǎn)發(fā)生作用。該類(lèi)材料對(duì)CO的吸附等溫線(xiàn)呈I型，低壓區(qū)因配位作用快速吸附，高壓區(qū)則以范德華力為主，吸附熱隨吸附量增加而降低。然而，該類(lèi)研究目前仍限于實(shí)驗(yàn)室階段。