Coord. Chem. Rev. : MOFs基復合吸附劑高效 CO?吸附分離研究：四類體系的進展與數據支撐

近日，昆明理工大學張玉團隊通過系統梳理金屬有機框架（MOFs）與碳材料、多孔 SiO?、金屬氧化物及 MOFs 自身四類固體材料的復合策略，解決了單一 MOFs 結構穩定性差、CO?擴散阻力大、抗水性弱、機械強度低及再生能耗高等實際應用局限，為 CO?吸附分離技術的工業化推進提供了全面理論與數據支撐。研究成果以“Progress of MOFs/solid material composite adsorbent for efficient CO? adsorption and separation”為題發表于《Coordination Chemistry Reviews》期刊。

當前全球能源需求仍以煤、石油、天然氣等化石燃料燃燒為主，大量 CO?排放引發系列環境問題。吸附分離技術因能耗低、可循環性強、CO?選擇性優異，成為高效的 CO?捕獲手段，而開發兼具高比表面積與發達孔隙、優異環境穩定性及氣體分子高親和力的吸附劑是核心。

MOFs 作為新型多孔材料，雖憑借結晶多孔結構、高比表面積、可調孔結構及多功能位點在CO?吸附分離領域前景廣闊，但單一 MOFs 存在顯著短板：多數為微孔結構（孔徑 < 2nm），動態吸附中 CO?擴散阻力大，傳質速率遠低于介孔復合材料；高壓力或低濃度 CO?條件下吸附性能顯著下降，且較高再生溫度增加能耗與成本；對水分敏感，水分子易占據開放金屬位點（OMS）或引發結構水解，降低吸附效率；機械強度低，難以滿足工業級造粒、成型或膜組件加工需求，嚴重制約工業化應用。

作為系統性綜述，本文全面梳理四類 MOFs 基復合 CO?吸附劑的設計、合成及性能提升機制，各體系均有明確數據與圖表支撐。

圖 1：MOFs 基固體載體復合材料對 CO?捕獲與分離的性能增強，涵蓋吸附性能、再生性能、抗水性能及機械穩定性，直觀呈現四類復合體系優化方向

在 MOFs / 碳材料體系中，碳材料（氧化石墨烯 / GO、碳納米管 / CNTs、活性炭 / AC 等）的高比表面積、多級孔結構與疏水特性，與 MOFs 形成協同效應。

圖 2：MOFs / 碳復合 CO?吸附劑的類型及性能增強機制，展示 MOFs/GO、MOFs/CNTs、MOFs/AC 等子體系結構設計

該綜述通過多尺度調控視角，明確四類 MOFs 基復合吸附劑通過分子級界面電子轉移、介觀級分級孔結構構建、宏觀級機械強度提升，實現 CO?吸附容量、選擇性、穩定性與再生性能的協同優化，為煙氣處理、天然氣純化、直接空氣捕獲等工業場景提供多樣化解決方案。

同時，綜述客觀指出當前領域挑戰：界面相容性控制難、材料制備成本高、規模化生產技術不成熟、復雜環境（低濃度 CO?、多干擾氣體）下性能衰減及再生技術工業化不足。

未來需重點開發綠色簡單的合成策略、連續化生產設備，推動非熱再生技術發展，探索吸附 - 催化一體化材料，并結合先進表征與多尺度模擬，為 MOFs 基復合吸附劑的工業化應用提供關鍵支撐。

Progress of MOFs/solid material composite adsorbent for efficient CO2 adsorption and separation,Coordination Chemistry Reviews, Volume 549, Part 2, 2026, 217334, ISSN 0010-8545

https://doi.org/10.1016/j.ccr.2025.217334.

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