阿卜杜拉国王科技大学的研究人员开发出新的 MOF 设计方法，一种拥有数百年历史的拱形石窗建造技术启发了一种在多孔功能材料--金属有机框架（MOFs）--中形成定制纳米级窗户的新方法，这种方法有望应用于气体分离和医疗领域。使用一种分子版的建筑拱形"居中模板"，引导形成具有预定形状和尺寸孔窗的 MOFs。

该方法具有多种优势，可提高 MOF 的性能。图片来源：© 2023 KAUST

用这种方法设计和制造的新型 MOFs 种类繁多，既有具有气体分离潜力的窄孔材料，也有因其出色的氧气吸附能力而具有医疗应用潜力的大孔结构。

领导这项研究的穆罕默德-埃达乌迪（Mohamed Eddaoudi）小组的博士后亚历山大-萨皮亚尼克（Aleksandr Sapianik）说："新结构设计中最具挑战性的目标之一就是精确控制结构的形成。对于网状化学（将分子构件组装成多孔晶体材料，如 MOFs），研究小组意识到，定心模板概念可能提供精确控制。"

研究的起点是沸石类 MOF（ZMOF），它通常具有由称为超四面体（ST）的构件框起来的五边形窗口。Sapianik说："我们的目标是控制ST的排列，使其从这种众所周知的拓扑结构转变为以前从未报道过的使用这些构件的拓扑结构。"

研究小组开发了中心结构导向剂（cSDA）来控制 ST 排列，并形成新形状和尺寸的 ZMOF 窗口。其中一组cSDA旨在收紧相邻ST单元之间的角度，从而形成小窗口。另一组cSDA旨在扩大ST单元之间的角度，从而形成更大的窗口。

Eddaoudi 团队的博士后 Marina Barsukova 说："MOF 孔径和体积是影响其应用的重要参数。该团队设计的一种大窗口 ZMOF（Fe-sod-ZMOF-320）显示出已知 MOF 中最高的氧气吸附能力。这一特性在医疗和航空航天工业中非常重要，因为高容量可以增加氧气瓶中的氧气储存量，或使氧气瓶更小，便于运输。同样的 ZMOF 在储存甲烷和氢气方面也表现出色，而甲烷和氢气都是潜在的燃料。该系列中其他具有窄窗口的 ZMOF 在分子混合物的气体分离方面也显示出了潜力。"

Eddaoudi 小组的研究科学家 Vincent Guillerm 说，cSDA 概念具有多种优势，可以提高 MOF 的性能。他说："cSDA 将大窗口分隔成更小的窗口，我们的初步研究结果表明，这将有助于化学分离。它还提供了额外的内部孔隙表面，有助于改善气体存储，并强化了 MOF 框架，从而提高了材料的稳定性。我们开发的中心化方法是网状化学的另一种强大策略，为能源安全和环境可持续性领域应用的按需制造 MOFs 提供了巨大潜力。"