MOF获助攻——解锁分离氧气新技能

材料牛注：美国太平洋西北国家实验室的研究团队将MOF（金属有机框架）和助手分子二茂铁复合，利用铁原子与氧反应实现稳定分离氧气。该复合材料制备过程简单，造价低廉，重复使用率高，具有广阔的应用前景。

工厂通常使用低温蒸馏法分离氧气，此方法成本高昂且需要消耗很多能量来冷却气体。目前美国太平洋西北国家实验室（PNNL）的研究团队研发出了一种以MOF为主体的复合材料，可重复用于氧气分离，应用前景很广泛：包括为燃料电池提供纯氧、用于食品包装抽氧、制作氧传感器等。

当然，复合材料的思路也不是一下子就得到的。研究人员最初使用各种MOFs分离氧气时，MOFs会与氧气发生反应形成氧化物，导致材料重复使用率很低。美国能太平洋西北国家实验室（PNNL）的材料科学家Praveen Thallapally认为，应该有更好的方法分离氧气，并且可重复使用。

Thallapally和同事于是想到了制备复合材料的点子，通过在MOF中添加助手分子来实现氧气的分离。这种助手分子应该能吸附在MOF上，不与MOF发生反应，但能和氧气反应，从而达到分离的目的。这个想法是此项研究的关键。

对于MOF，研究人员选择了一种叫做MIL-101的MOF，它内部存在大量孔洞，导致表面积超大——一汤匙MIL-101的表面积可以媲美一个足球场，具有杰出的吸附效应，同时它反应活性低，在室温和实验室的开放环境下均可稳定存在；对于助手分子，Thallapally和同事使用了一种廉价的含铁分子——二茂铁，它可吸附于MOF的孔洞内，与氧气反应达到分离氧气的目的。

而这种复合材料的制备方法也超级简单，只需将MIL-101和二茂铁混合然后加热即可。同时研究人员还测试了它分离氧气的能力，发现它可以捕获大部分的氧气，却几乎不吸收氮气、氩气和二氧化碳，而且不管是氧气单独通过还是混合其它气体一起通过，该材料都表现出吸氧行为，这表明它可以将氧气从其他气体中分离。

进一步分析发现，加热会导致二茂铁在MOF孔洞内分解，形成纳米团簇，有助于铁原子和氧气反应，在MOF孔洞中形成稳定的磁赤铁矿。这种磁赤铁矿可以从MOF中去除，使材料可重复使用。MOF在助手分子的帮助下能获得意想不到的效果，比如净化氧气。

关于MOF与助手分子的其他组合将会被进一步研究。此外，除了太平洋西北国家实验室，阿贡国家实验室和荷兰阿姆斯特丹大学的研究人员也参与了此项研究。目前，该工作已被Advanced Materials正式报道，

文献地址详见如下：Redox-Active Metal–Organic Composites for Highly Selective Oxygen Separation Applications

新闻来源：MOF gets a little help from a friend

本文由新锐万鑫浩翻译，张艺审核，感谢杨志涛提供素材。