2025年10月8日，諾貝爾化學獎授予金屬有機框架（MOFs）領域的三位開拓者，彰顯了該材料在能源與環(huán)境應用中的重大科學價值。

金屬有機框架是由金屬離子或團簇與有機配體通過配位作用自組裝形成的晶態(tài)多孔材料。其結構可類比為“納米級建筑”：金屬節(jié)點作為“連接樞紐”，有機配體作為“支撐支柱”，共同構建出具有規(guī)則孔道和可設計結構的三維網(wǎng)絡。作為一種載體材料，MOFs不僅具備多孔材料高比表面積和可控孔隙率的優(yōu)勢，還保留了其有機配體及無機金屬節(jié)點自身的功能，可根據(jù)與負載物間的分子作用力類型對MOFs進行功能化修飾來增強吸附。因此，在氣體吸附與分離、多相催化、離子傳導等領域MOFs展現(xiàn)出廣闊的應用潛力。

以對一氧化碳（CO）分離工藝的促進影響為例，CO是合成乙二醇、醋酸等重要化學品的關鍵原料，傳統(tǒng)制備方法依賴化石燃料，能耗與碳排放較高。而鋼鐵、電石等工業(yè)尾氣中含大量CO，若實現(xiàn)其高效提純與資源化利用，既能提供合成原料，又可降低環(huán)境污染。然而，工業(yè)尾氣中CO常與氮氣（N₂）共存，二者動力學直徑和極性相近，分離難度大。MOFs材料因其孔道結構可精確設計、表面化學環(huán)境可調(diào)，在CO/N₂選擇性吸附方面顯示出獨特潛力，為高效分離提供了新思路。

目前，CO/N₂的分離主要采用深冷分離、溶液吸收和固體吸附三類技術。深冷分離法雖處理量大，但由于CO與N₂沸點接近，需依賴多級精餾實現(xiàn)有效分離，導致工藝流程復雜、設備投資高且能耗巨大；溶液吸收法雖對CO具有較高選擇性，但存在吸收劑性能要求嚴苛。相比之下，固體吸附法中的變壓吸附（PSA）技術通過調(diào)控吸附壓力即可實現(xiàn)CO的高效富集與回收，兼具能耗低、設備簡便、自動化程度高以及操作靈活等優(yōu)勢，在現(xiàn)有CO/N₂分離技術中展現(xiàn)出顯著的應用可行性與經(jīng)濟性。

在PSA工藝中，吸附劑的性能是決定CO/N₂分離效率的關鍵。目前所使用CO專用吸附劑，均是以過渡金屬包括 Cu⁺、Ag⁺、Ni⁺ 等化合物為活性組分，負載在分子篩、活性炭等高比表面積的多空物質(zhì)上形成的固體絡合吸附劑。其原理是CO與一價過渡金屬形成一種作用力介于物理吸附與化學吸附之間的π鍵，可實現(xiàn)對CO的選擇性識別，并能在溫和條件下（如加熱或減壓）實現(xiàn)脫附，從而獲得高純度CO。

近年來，MOFs材料因其結構與功能的可調(diào)性，被視為開發(fā)新型CO吸附劑的理想載體。有研究嘗試將Cu引入MOF孔道制備絡合吸附劑，但由于MOFs熱穩(wěn)定性較差，難以通過熱分散使Cu⁺均勻分布，導致金屬團聚。后續(xù)還原過程中，高溫或還原性氣體易破壞骨架或產(chǎn)生單質(zhì)Cu，造成吸附劑失活。

另有研究發(fā)現(xiàn)，CO可與MOFs骨架中的不飽和金屬位點發(fā)生作用。該類材料對CO的吸附等溫線呈I型，低壓區(qū)因配位作用快速吸附，高壓區(qū)則以范德華力為主，吸附熱隨吸附量增加而降低。然而，該類研究目前仍限于實驗室階段。