一、研究背景
面对清洁能源与高效化工的迫切需求，传统纳米材料在结构精准调控方面面临瓶颈。在此背景下，金属-有机框架（MOFs）材料因其极高的比表面积、高度可调的孔道结构和丰富的化学活性而脱颖而出，成为一颗备受瞩目的明星。它如同一把“万能钥匙”，能够被精准设计以满足不同应用的特定需求。尤其在催化、传感与能源存储三大关键领域，MOFs作为活性载体、离子通道和信号转换器的潜力巨大。而要突破现有技术天花板，深入理解并精准驾驭其表面化学性质，已成为实现这一突破的核心所在。
二、文章简介
近日，武汉科技大学王玉华团队发表了题为 《MOF in catalysis, sensing and energy storage applications》的综述文章 。本综述系统阐明了金属有机框架（MOFs）的体相与表界面化学性质与其在催化、传感及储能领域性能间的构效关系，不仅为通过表面终端基团调控以优化器件性能提供了实操指南，也展望了该领域面临的挑战与未来机遇。相关综述发表在Nano energy上。硕士研究生牛雨薇为该论文第一作者，武汉科技大学王玉华教授为通讯作者，武汉科技大学为论文第一单位。
图1. MOF的发展演变，以MOF-5为例
- 文章简介
1、作者首先从MOF的研究情况出发，分析了MOF材料近十年的研究情况，以及研究领域比例的变化趋势（图2）。
图2. 随着时间的推移，MOF应用增多。a|近25年以“MOF”为关键词索引的出版物发展情况。b|2015-2024年研究领域比例的变化趋势。该图展示了催化、传感、能源、医学和食品领域的相对研究比例，反映了科学研究的重点领域随时间的变化。
- 作者还综述了传感方面的应用，详细解释了传感机制，如图2。
图2 a| Ni-MOF@Ni-HHTP-5杂化NSs的合成示意图及其在葡萄糖检测中的应用。b|说明基于MOF平台的荧光“开启”传感机制。(a)淬灭荧光团的初始状态（OFF）。(b) MOF孔内目标分析物的特定捕获。(c)分析物结合抑制能量转移，导致荧光恢复和放大信号输出（ON）。
3、作者接着综述了可充电电池的MOF相关材料示意图，如图3。以及在储能方面的应用，如图4。
图3. 可充电电池用mof相关材料示意图。
图4. MOF在能源存储方面的应用
- 结果与展望
MOFs材料凭借其高比表面积、可调孔道及丰富化学特性，在储能、催化与传感领域展现出卓越的多功能性。研究已从早期单一应用（如CO₂还原催化、气体传感）扩展到器件内部各组件（如电解质、集流体），并通过表面化学精准调控（如卤化物功能化）优化其性能。然而，MOFs的商业化应用仍面临稳定性、规模化绿色合成及储能机制理解不足等挑战。未来研究需聚焦于开发先进原位表征技术，结合计算模拟深入揭示“结构-性能”关系，并推动微流控等高效合成方法的发展，最终实现MOFs在能源转换与存储系统中的高性能、长寿命应用。
Authors: Yuwei Niu1,2, Yuhua Wang1,2,*, Haijun Zhang1
Title: MOF in catalysis, sensing and energy storage applications
Published in: Nano Energy, https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.111598
