前言
近日，北京理工大学祁晓月和北京科技大学常自勇团队在Chemical Engineering Journal（影响因子13.273）上发表了题为“Beyond powders: Monoliths on the basis of metal-organic frameworks (MOFs)”的综述文章，共同作者为北京理工大学医学技术学院研一学生刘可心。该工作全面总结了3D MOF整体材料的前沿进展，系统评述了各种制备策略的优缺点以及MOF整体材料/器件在吸附、储能、催化、传感、生物医学等领域的应用。
全文速览
MOFs在多个领域展示出巨大的应用前景，但目前合成的MOFs多为多晶粉末，其脆性使得MOFs难以加工、集成和回收，在工业催化等领域难以实现大规模应用。近年来，基于MOFs的3D整体材料和器件取得突破性进展，集成了MOFs的结构和功能优势，同时其三维结构增强了MOFs的机械稳定性、易加工性和可重复性，在大规模应用生产和临床转化中具有良好前景。本文系统总结了3DMOFs整体材料/器件的制备策略，及其在储能、分离、气体储存、催化、生物医学等领域的应用，所制备的MOFs整体材料特性在多方面超越了MOFs粉末，包括：1）易于加工和回收；2）更优异的完整性和安全性；3）高孔隙率和增加的活性位点可容纳更多客体分子。因此，MOFs整体式器件在工业化和临床应用方面具有巨大的优势。
本文亮点
1、 结合近几年的前沿进展，系统总结了构建3D MOF整体材料和器件的策略，评述了各种方法的优势和弊端；
2、 梳理了3D MOFs整体式材料/器件在储能、分离、气体储存、生物医学应用、催化和传感等领域的应用；
3、 讨论了目前3D MOFs整体式材料/器件在发展和应用中存在的机遇和挑战。
图文解析
图1.构建3D MOF整体的制造方法示意图
要点：基于MOF的三维整体的制备策略主要分为3D打印、原位生长和浇筑。本文对3D MOFs整体材料的制备策略和前沿进展进行系统梳理，总结了各制备策略及其优缺点。
图2.基于MOFs的整体材料在储能中的应用
要点：MOFs整体材料可用于制备电池电极材料和隔膜，3D支持结构提高了稳定性和电池相关指标。
图3. MOFs整体材料和器件在生物医学中的应用
要点：MOFs整体材料和器件可用于肿瘤细胞识别、伤口愈合、药物递送等领域，并可用于制备医用口罩。
图4.运动可控的MOFs整体器件
要点：3D MOFs整体器件的运动可以通过磁力、催化驱动和光驱动控制，用于制备MOFs整体马达，为开发微纳机器人提供前瞻性思路，并利用外源性的能量进行运动，以执行精细化任务。
图5. MOFs整体材料/器件较MOFs粉末的优势
要点：3DMOFs整体材料和器件在提高空隙率、可加工性、稳定性、循环性和容量等方面具有优势。
总结与展望
3D MOFs整体材料和器件的机遇和挑战：
1）3D MOFs整体式器件的构建一定程度上降低了MOFs的表面积和吸附能力，特别是使用粘合剂时，降低了MOF的孔隙对客体分子的可及性，该问题可以通过无粘合剂的制造策略解决；
2）在基于MOFs孔隙的相关应用中，如气体储存、催化、分离等，MOFs整体材料需保留天然的孔隙率来保持高吸附能力。随着精密3D打印技术的迅猛发展，利用该技术，MOFs整体材料和器件将更好地平衡MOFs整体器件的性能、孔隙率和稳定性；
3）目前，MOFs整体材料和器件的应用开发尚不充分，特别是在生物医学应用方面，应深入开展生物安全性评估，保证良好的生物相容性和生物降解性，提高其临床化能力。
通讯作者
祁晓月，现任北京理工大学医学技术学院副研究员/硕士生导师，长期致力于智能诊疗技术在药物递送、可穿戴设备和POCT中的应用。目前在国际一流期刊Science Advances、Nano Research、Chemistry of Materials等发表多篇论文，申请一项PCT国际专利和4项中国发明专利，担任Journal ofNanobiotechnology、ACS AppliedMaterials & Interfaces等期刊审稿人。
常自勇，现任北京科技大学土木与资源工程学院副教授/硕士生导师，主持自然科学基金青年基金、“博士后国际交流计划”引进项目、中国博士后科学基金面上项目等多项课题，从事环境功能材料、浮选理论与工艺、贵金属二次资源回收、选矿大数据等研究，多项成果发表于CoordinationChemistry Reviews、Journal HazardousMaterials等国际一流期刊，担任ChemicalEngineering Journal, Minerals Engineering等国际期刊审稿人。
文献信息
Xiaoyue Qi*, Kexin Liu,Ziyong Chang*,Beyond powders: Monoliths on the basis of metal-organic frameworks (MOFs) ,Chem. Eng. J., 2022, 441, 135953.