MOF-303(Al) 金属有机骨架

一、核心作用与应用场景

1. 大气集水（干旱 / 低湿环境取水）

• 低湿高效吸湿：在相对湿度 < 20% 的极端干燥环境中，吸湿量可达 0.23 g H₂O/g MOF，夜间吸附空气中水分，温和加热（太阳能 / 余热）即可脱附释放纯水，每克材料日产水约 1.3 mL，已在沙特等干旱地区试点，为 500 人提供饮用水。

• 工业干燥：替代传统干燥剂，用于电子、制药、天然气等行业的深度脱水，循环稳定性优异，能耗低于分子筛。

2. 甲醛高效捕获（室内 / 工业 VOC 治理）

• 选择性化学吸附：通过双吡唑位点与甲醛形成可逆化学作用，在 VOC 混合物、高湿（95% RH）、温度波动条件下仍稳定捕获，无泄漏风险。

• 可再生循环：简单加热即可再生，至少循环 10 次性能无明显衰减，适用于住宅、车内、半导体车间等场景的甲醛净化，也可用于甲醛传感器核心材料。

3. 气体分离（天然气升级、轻烃纯化）

• 轻烃 / 甲烷分离：对 C₃H₈、C₂H₆吸附容量高（C₃H₈：3.38 mmol/g，298 K/5 kPa），C₃H₈/CH₄选择性达 5114，C₂H₆/CH₄选择性 26，可从天然气中高效回收乙烷、丙烷，提升燃料热值与化工原料利用率。

• 其他气体应用：可用于 CO₂/N₂、CO₂/CH₄分离，适配碳捕捉、沼气提纯场景，也可作为储氢、储甲烷的多孔载体。

4. 重金属离子分离回收（废水处理）

• 高容量高选择性：双吡唑位点协同作用，对 Cu²⁺吸附容量达 330 mg/g，Cu²⁺/Ni²⁺选择性 6076、Cu²⁺/Co²⁺选择性 2662，可从电镀、冶金废水中回收高纯度铜（>98.9%），同步富集镍、钴等有价金属。

• 环境修复：用于土壤、水体中重金属污染治理，吸附后易脱附再生，降低二次污染风险。

5. 催化与传感

• 路易斯酸催化：铝中心提供酸性位点，可催化酯化、缩合、环氧化等反应，孔道限域效应提升反应选择性，适用于精细化工中间体合成。

• 气体传感：刚性微孔（~6 Å）与高稳定性，在 95% RH 高湿下工作 1000 小时无衰减，用于甲醛、乙酸等 VOC 的精准检测，适配纺织、食品发酵等工业监测。

6. 膜分离（海水淡化 / 水处理）

• 高透水 MOF 膜：作为膜填料或活性层，构建超亲水、抗污染分离膜，水通量远超传统反渗透膜，可用于海水淡化、苦咸水净化、工业废水深度处理，降低能耗与成本。

二、结构与性能优势（作用基础）

• 结构：一维开放孔道（孔径～6 Å）、高比表面积（900–1300 m²/g）、孔容 0.54 cm³/g，极性孔壁与双吡唑 N 位点提供强吸附 / 结合位点。

• 稳定性：水、弱酸 / 弱碱环境稳定，耐温性良好，适配工业循环与复杂工况，区别于多数水敏性 MOF。

• 可加工性：易制备粉体、膜、涂层、复合材料，适配吸附床、传感器、分离膜等多种器件形态。