CCR綜述：“精裝修”金屬有機框架：從形貌調控到超結構組裝

北京建筑大學王崇臣教授團隊于2026年1月在Coordination Chemistry Reviews（Q1，IF = 23.5）發表了題為《Tailoring metal–organic frameworks: From morphological control to superstructure assembly》的綜述論文。該綜述首次從多維視角，系統總結了金屬有機框架從單晶形貌調控到組裝形成超結構的前沿方法與研究進展，并深入探討了該領域目前面臨的挑戰及相應解決策略。論文第一作者為北京建筑大學2024級博士研究生王志博；論文通訊作者為北京建筑大學王崇臣教授；共同作者為北京建筑大學博士研究生楚弘宇和常淼。

自1995年Omar M. Yaghi教授團隊首次提出金屬有機框架（MOFs）概念以來，MOFs材料迅速在環境修復、能源存儲與化學材料等領域掀起研究熱潮。2025年，Susumu Kitagawa、Richard Robson和Omar M. Yaghi三位學者更是憑借在MOFs材料領域的開創性貢獻共同榮獲諾貝爾化學獎。這份榮譽不僅肯定了MOFs研究的深遠科學意義，更凸顯了此類材料在應對當前技術挑戰中所具備的變革潛力。

隨著MOFs研究從基礎探索向實際應用不斷深入，其關注焦點已由晶體結構設計拓展至微觀形貌的精準調控。MOFs的顆粒尺寸、暴露晶面、比表面積及孔隙結構等形貌參數，對其性能具有決定性影響。與此同時，為突破性能瓶頸并實現功能集成，構建MOF超結構已成為重要研究方向。MOF超結構是指以單個MOF顆粒為基本單元，在范德華力、耗盡力或界面誘導力等驅動下，通過有序組裝形成的高級結構。這類結構不僅保留了MOFs的本征性能，還引入了多級孔道、中空結構以及多功能融合等新特性。

本綜述首次嘗試從多維度視角系統闡述MOFs的精確設計與構筑，涵蓋從微觀形貌的定制到超結構的理性組裝，旨在成為一份面向實際研究的“問題解決指南”。在系統闡釋相關技術原理的基礎上，本文還針對合成與組裝過程中的常見挑戰提出了可行性解決方案。期望為MOFs及其衍生結構的設計優化與功能強化提供新思路，進一步推動其在實際場景中的應用。

本文亮點：

1. 提出從多維視角對MOFs進行精準設計的系統框架。

2. 深入探討了控制MOFs形貌的關鍵因素和機制。

3. 深度探究了MOF超結構的組裝原理和挑戰。

4. 概述了智能化MOFs和多功能超結構的未來發展方向。

總結：

隨著對金屬有機框架（MOFs）材料從單晶到宏觀結構調控技術的日漸成熟，其研究重點正從基礎合成轉向實際應用與前沿探索。基于當前進展，未來MOFs材料的發展應聚焦以下五個關鍵方向，以實現其向工業化、功能化和智能化的跨越。

規模化制備與組裝

MOFs材料及其宏觀結構的可控合成與組裝大多停留在實驗室的間歇式操作，效率有限。面向工業應用，開發連續化、高通量的生產體系是當務之急。將現有的合成與調控技術，與連續流反應器、噴霧干燥、自動化控制等先進工藝結合，是實現MOFs及其超結構材料可規模化、可重復制備的可行路徑。

穩定性增強策略

MOFs及其超結構的穩定性是其走向應用的前提。未來研究的核心之一是開發溫和、高選擇性的模板去除策略，以避免在構建多級孔MOFs時因移除模板而造成結構損傷。例如，可設計高選擇性溶解的新型溶劑，利用超臨界流體技術進行無殘留提取，或采用生物酶法等溫和定向去除模板。同時，需強化超結構整體的機械穩定性。通過表面功能化、共價交聯或聚合物涂層等方式增強顆粒間作用力，但需謹慎設計以避免堵塞MOFs固有的微孔，在提升穩定性的同時保持其孔道特性和傳質性能。

多組分與刺激響應組裝

現有MOF超結構多由單一組分構成，功能受限。未來亟需發展多組分協同組裝策略，將具有催化、導電、熒光、磁性等互補功能的MOFs集成，構建先進多功能材料。此外，在組裝過程中引入刺激響應元件（如溫敏聚合物、光致變色分子、pH響應基團），將能構筑動態智能系統。結合光熱轉化劑與MOFs前體，甚至可通過遠程光照實現空間選擇性誘導成核生長，動態調控超結構。

數據驅動的智能化設計

MOFs合成與組裝體系復雜，亟需從傳統的“試錯法”轉向數據驅動的智能化開發范式。應用機器學習算法，對包含反應條件、調節劑、模板參數與最終形貌/性能的大規模合成數據進行挖掘與建模，可建立定量“構效關系”（QSPR）模型，預測新系統的結果。進一步，將響應面分析法與自動化實驗平臺結合，形成“合成-表征-分析”閉環系統，能實現關鍵工藝參數的快速優化與智能調控，加速材料研發進程。

性能驗證與機理探究

目前，針對新興形貌MOFs及其超結構的性能評估在實際應用場景中仍有不足。未來需要在真實條件下進行嚴格驗證，例如評估其在工業廢水催化降解中的效率，或量化其在儲能器件中的循環穩定性。同時，深入理解其在外場下的演變機制至關重要。需大力采用高通量原位表征技術，如同步輻射、原位X射線衍射、高分辨電鏡等，實時揭示MOFs的結構演變規律，建立其穩定性與形貌、尺寸及缺陷等因素的關聯，為設計高耐久性的應用導向型MOFs材料提供理論依據。

Chang, C.-C. Wang, Tailoring metal–organic frameworks: From morphological control to superstructure assembly, Coord. Chem. Rev. 554 (2026) 217606.

https://doi.org/10.1016/j.ccr.2026.217606

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