盖世汽车讯 据外媒报道，在伯明翰大学（University of Birmingham）团队的领导下，化学家们研发出一种高度可调的金属有机框架（MOF）材料，通过改变其金属“配方”即可调节材料特性，从而为气体存储和传感等应用开辟了新的可能。

图片来源：伯明翰大学

该材料由金属原子通过有机分子连接而成，形成了包含微小孔隙的高度有序结构。该团队在期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie）上发表了这一研究成果，证实改变材料中的金属配比，能够调节其磁性、孔隙率、光吸收能力以及二氧化碳吸附性能等多种特性。

这种材料能够将多达16种不同的金属整合进同一个晶体结构中；这是迄今为止在MOF材料中实现的最高金属种类数量。

通讯作者、伯明翰大学教授Neil Champness表示：“我们的研究成果证实了一条通往‘可编程’多孔材料的途径，科学家可以借此选择特定的金属组合，从而精准调节材料的磁学、光学、化学或气体吸附特性。能够预测特定金属的整合强度，意味着未来有望对多金属材料实现更精细的调控。研究人员无需为了获得不同特性而每次都从头研发全新材料，而是可以在保持相同基础结构的前提下，改变其中的金属‘配方’。”

适用于多种应用的多金属材料

MOF的组成和孔隙特性使其成为广泛研究的对象，应用领域涵盖气体存储与分离、传感、催化、生物成像及磁性材料等。孔隙结构是其关键特征，为MOF与目标分子发生相互作用提供了必要的内部空间。

研究人员首先制备了15种各不相同的UoB-116变体，每种变体均掺入了一种不同的稀土金属；随后，他们逐步在同一基础结构中组合了2种、4种、12种乃至15种金属。

最终，通过引入铟，他们制备出了一种同时包含16种不同金属的MOF，其中包括钇、铟以及14种镧系元素。UoB-116是首个在同一框架内结合了元素周期表三个不同区域（d区、p区和f区）金属的MOF。

通过改变16种金属中的两种——镝（dysprosium）和镧（lanthanum）——的比例，研究团队发现，调整这种配比会改变材料的多种性质：

• 磁性：增加镝的含量会增强磁响应。

• 光吸收：与镝相关的特征近红外吸收可以通过改变其浓度进行调节。

• 孔隙率：增加镧的含量会使材料的实测表面积逐渐减小。

• CO₂捕集：在测试条件下，CO₂的吸附量从全镝材料的5.72 mmol/g降至全镧材料的1.23 mmol/g，这表明仅通过调整金属成分即可改变气体的存储特性。

MOF已在多个主要行业中充当定制化“分子海绵”，应用领域包括：

清洁能源：用于车辆的紧凑型储氢技术及选择性碳捕集。

环境安全：从干旱空气中获取饮用水，以及安全储存有毒半导体工艺气体。

工业效率：替代低温精馏的节能化工分离技术。

生物医药：高容量靶向药物递送及成像造影剂。