PERNIAGAAN TERAS
Gambaran Keseluruhan
R&D dan Pengeluaran MOF
Perkhidmatan OEM & ODM MOF
Gambaran Keseluruhan Aplikasi MOF
Produk
Siri MOF Standard
Berita Industri
Kerangka Logam-Organik: Daya Muncul dalam Pemangkinan
Prakata
Sebagai salah satu bahan kristal berliang yang paling berpengaruh dalam bidang sains bahan sejak kebelakangan ini, Kerangka Kerja Logam-Organik (MOF) telah mengembangkan impaknya daripada penyelidikan kimia asas kepada pelbagai sektor utama seperti pemangkinan perindustrian, penukaran tenaga dan pembuatan hijau. Penganugerahan Hadiah Nobel dalam Kimia 2025 kepada penyelidikan berkaitan sistem MOF telah mengesahkan lagi kedudukan strategik sistem bahan ini dalam kimia struktur dan sains gunaan. Kelebihan teras MOF berpunca daripada struktur rangka kerja tiga dimensi biasa yang dibina oleh nod logam dan ligan organik, yang memberikan MOF luas permukaan spesifik ultra tinggi, saiz liang yang boleh ditala dengan tepat, laluan pemfungsian yang banyak dan pengawalaturan persekitaran tindak balas yang boleh diprogramkan pada skala molekul. Ciri-ciri unik ini menjadikan MOF mewakili generasi baharu bahan pemangkin yang boleh direka bentuk.
1 Pengenalan Ringkas kepada Bahan MOF dan Strukturnya
Seperti yang digambarkan dalam Rajah 2, nod logam MOF biasanya merupakan ion logam peralihan, manakala Penghubung OrganikKebanyakannya adalah ligan multidentat yang mengandungi nitrogen atau oksigen (contohnya, asid karboksilik dan sebatian imidazol). Pendekatan pemasangan modular ini membolehkan penyelidik mengawal selia sifat fizikokimia bahan dengan tepat melalui pemilihan unit bangunan yang rasional. Berbanding dengan bahan berliang tradisional seperti zeolit dan karbon diaktifkan, MOF mempamerkan kelebihan yang ketara: ① Luas permukaan spesifiknya boleh mencapai sehingga ribuan meter persegi setiap gram, jauh melebihi kebanyakan bahan tradisional; ② Saiz liang boleh dilaraskan dengan tepat dalam julat 0.5 hingga 10 nm; ③ Pelbagai kumpulan berfungsi boleh diperkenalkan ke permukaan liang melalui pengubahsuaian pasca sintetik, mewujudkan persekitaran yang ideal untuk tindak balas pemangkin tertentu.
2 Kelebihan Unik Pemangkin MOF
Sifat struktur dan kimia MOF yang tersendiri menjadikannya pemangkin heterogen yang sangat menarik untuk aplikasi perindustrian, yang mampu memangkinkan pengoksidaan, penghidrogenan, pempolimeran dan tindak balas lain. Dalam aplikasi pemangkin, ciri-ciri luar biasa bahan MOF tercermin dalam aspek berikut:
Tapak Aktif yang Boleh Direka Bentuk
Dengan memperkenalkan kumpulan berfungsi tertentu (contohnya, -NH₂, -SO₃H, -COOH) ke dalam ligan organik atau membina tapak koordinasi tak tepu pada nod logam, pusat aktif dengan sifat asid-bes atau redoks tertentu boleh diwujudkan. Kajian telah menunjukkan bahawa fungsi amino Uio-66-NH₂ mempamerkan prestasi cemerlang dalam penangkapan dan penukaran CO₂, manakala MOF berfungsi asid sulfonik menunjukkan aktiviti pemangkin asid yang luar biasa [1].
Kesan Pengurangan Ruang
Saluran liang biasa MOF boleh menyediakan persekitaran mikro yang unik untuk tindak balas pemangkin, meningkatkan selektiviti tindak balas melalui halangan sterik dan batasan pemindahan jisim. Contohnya, melumpuhkan kompleks polipiridina Ir(III) dalam liang UiO-67 boleh menyekat tindak balas sampingan yang biasa berlaku dalam pemangkinan homogen dengan berkesan, sekali gus meningkatkan selektiviti tindak balas stirena trifluoroetilasi dengan ketara [2].
Pemangkinan Sinergi Pelbagai Fungsi
MOF boleh mengintegrasikan berbilang tapak aktif secara serentak untuk mencapai pemangkinan sinergi. Pemangkin MOF dwifungsi yang dilaporkan oleh Zhou et al., yang mempunyai kedua-dua tapak asid dan bes Lewis, mencapai kadar penukaran hampir 100% dalam tindak balas sikloadisi CO₂ dan epoksida [3].
Kebolehtalaan kimia dan fleksibiliti struktur bahan MOF bukan sahaja membolehkannya menangani cabaran pemangkin dalam pelbagai bidang, tetapi juga membolehkan pengoptimuman kestabilan, selektiviti dan kebolehkitaran semula mereka sendiri.
3 Kemajuan Aplikasi dalam Bidang Tenaga dan Alam Sekitar
Dengan kebolehreka bentuknya yang unik, MOF telah menjadi pemangkin utama untuk menyelesaikan cabaran tenaga. Melalui pemilihan nod logam dan ligan organik yang tepat, bahan MOF dengan luas permukaan spesifik yang tinggi, saiz liang yang ideal dan tapak aktif boleh disintesis secara berarah. Kelebihan "tersuai" ini membolehkan MOF berfungsi dengan ketara dalam proses seperti pemisahan air foto/elektropemangkin, kitaran karbon (penukaran dan penggunaan CO₂) dan penukaran tenaga bersih, menyediakan laluan baharu untuk pembangunan generasi baharu teknologi tenaga yang cekap dan hijau.
Penukaran dan Penggunaan CO₂
MOF menunjukkan potensi yang besar dalam penangkapan dan penukaran CO₂. Pemangkin seperti Ru@MIL-101 mempamerkan aktiviti dan kestabilan yang tinggi dalam tindak balas metanasi CO₂, menyediakan pendekatan baharu untuk penggunaan sumber gas rumah hijau. Kajian telah menunjukkan bahawa pada suhu tindak balas 225°C, pemangkin sedemikian boleh mengekalkan selektiviti CH₄ melebihi 99% [4].
Pemisahan Air Foto/Elektropemangkin
Komposit berasaskan MOF seperti MnCdS/ZnS-VZn mempamerkan prestasi cemerlang dalam pemecahan air yang dipacu cahaya nampak untuk penghasilan hidrogen. Data eksperimen menunjukkan bahawa pemangkin optimum mencapai kadar penghasilan hidrogen sebanyak 394.4 μmol·h⁻¹·g⁻¹, yang jauh lebih tinggi daripada kebanyakan pemangkin semikonduktor tradisional [5].
Penukaran Biojisim
Pemangkin yang diperoleh daripada MOF telah mencapai kemajuan penting dalam bidang penapisan biojisim. Pemangkin NiMo@NC mencapai kadar penukaran sebanyak 99.36% dalam hidrodeoksigenasi asid laurik, dan mengekalkan aktiviti 95% selepas berbilang kitaran, menunjukkan prospek yang baik untuk aplikasi perindustrian [6].
4 Pembangunan dan Cabaran MOF
Cabaran utama yang dihadapi oleh bahan MOF awal adalah kestabilan kimia dan haba yang tidak mencukupi. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, kestabilan bahan telah dipertingkatkan dengan ketara dengan membina rangka kerja dengan ion logam valens tinggi (contohnya, Zr⁴⁺, Ti⁴⁺, Fe³⁺) dan ligan tegar. Sementara itu, syarikat teknologi yang mampu melakukan sintesis jisim MOF yang disesuaikan, seperti Guangdong Carbon Language Advanced Materials Co., Ltd., telah muncul. MOF berasaskan Zr yang dibangunkan oleh syarikat itu boleh mengekalkan integriti struktur dalam persekitaran akueus dan berasid, sekali gus meluaskan skop aplikasi mereka dengan ketara.
Pada masa yang sama, pengeluaran berskala besar kekal sebagai halangan utama bagi aplikasi komersial MOF. Kaedah solvotermal tradisional mempunyai kelemahan seperti penggunaan tenaga yang tinggi, masa kitaran yang panjang dan penggunaan pelarut organik yang banyak. Guangdong Carbon Language Advanced Materials Co., Ltd. sebahagian besarnya telah menangani cabaran ini dengan menerima pakai teknologi baru muncul seperti kaedah mekanokimia, sintesis aliran berterusan dan pengeringan semburan, menyediakan laluan yang sesuai untuk pengeluaran perindustrian MOF. Dengan inovasi berterusan kaedah sintesis dan pemahaman yang lebih mendalam tentang struktur bahan, pemangkin berasaskan MOF bergerak ke arah multifungsi, intelektualisasi dan praktikal. Penyelidikan masa depan akan memberi tumpuan kepada peningkatan kestabilan jangka panjang bahan di bawah keadaan tindak balas sebenar, mereka bentuk sistem pemangkin pintar dengan tindak balas rangsangan, dan meneroka potensi aplikasi MOF dalam bidang baru muncul seperti elektropemangkinan dan fotopemangkinan.
Pembangunan bahan MOF mewakili kemajuan yang ketara dalam sains bahan daripada reka bentuk struktur kepada realisasi fungsian, menyediakan penyelesaian baharu untuk menangani cabaran utama dalam bidang tenaga dan alam sekitar. Dengan pendalaman penyelidikan asas dan kemajuan teknologi kejuruteraan, pemangkin berasaskan MOF dijangka memainkan peranan yang lebih penting dalam kimia hijau dan pembangunan lestari.