金属有机框架聚合物(Metal-Organic Frameworks, 简称MOFs)是近年来一类新兴的多孔晶体材料。MOFs由无机金属离子和有机配体通过自组装连接而成，其具有超高的比表面积和孔隙率，结构可调控的孔道，以及良好的热稳定性等优点，在储存、分离、吸附、催化等多种领域有着广泛的应用。但是MOFs多数以粉末形式制备出来，难于加工成型，这限制了其工业化应用前景。

来自加拿大McMaster大学的Shiping Zhu教授和Emily Cranston教授领导的团队提出了一种新的解决方案。他们将MOFs晶体、表面功能化的纳米纤维素晶体（CNCs）以及链状羧甲基纤维素（CMCs）混合制成悬浮液，经过溶胶-凝胶反应，然后配以冷冻干燥的方法制备了具有三维多孔结构的MOF复合气凝胶材料。其中MOFs在气凝胶中的负载率可通过控制MOFs与纤维素在悬浮液中的比例来进行调整，而MOFs的负载率最高可达50%。此种方法制备的复合气凝胶具有MOF材料本身的微孔，纤维素之间形成的介孔，以及以冰为模板形成的宏观大孔。这种多级孔径复合结构更方便分子的快速扩散，并且使制备的复合气凝胶具备在水中可承受挤压且在外力撤除后恢复形状的能力。而且由于纤维素的的捆绑作用，MOF颗粒被有效的限制在气凝胶中，在水中长时间浸泡，甚至在挤压之后都不会释放出MOF颗粒。

图1. MOF/CNC复合气凝胶示意图及扫描电镜图

值得一提的是研究人员通过此种方法成功的将多种不同的MOF材料复合到气凝胶当中，证明了此方法的多样性及普适性。最后，他们研究了复合气凝胶用作污水处理中的吸附剂的性能。该气凝胶可以方便地在污水中浸没或者取出，吸附过程中无需任何搅动，操作简单并且展现了良好的吸附能力。相比于MOF颗粒本身，MOF复合气凝胶展现了同等程度甚至更优的吸附效果，这证明了MOF颗粒在气凝胶中的良好分散性，以及MOF颗粒本身的吸附性能并没有受到周围包埋着的纤维素基材的影响。当吸附完成后，吸附在复合气凝胶内部的水也可通过挤压排除，不会造成水体的损失。研究人员认为此种MOF纤维素复合气凝胶在空气净化、催化剂、传感器等其它方面同样具备广阔的应用前景。

图2. MOF/CNC 复合气凝胶可用作污水处理的吸附剂。

参考文献：Zhu,H.;Yang,X.;Cranston,E.D.;Zhu,S.P.;Flexible and Porous Nanocellulose Aerogels with High Loadings of Metal–Organic-Framework Particles for Separations Applications.Advanced Materials,2016,DOI: 10.1002/adma.201601351