圖文速遞|中南大學謝煒棋團隊Sci. Adv : 用於能源管理的分子籠金屬有機框架

       金屬有機框架(MOF)與聚合物結合而成的材料具有廣泛的應用價值，但是形成這種材料的其中一個挑戰是，暴露的MOF孔對分子和聚合物滲透的敏感性會損害其孔隙率和整體性能。

       爲了解決這一問題，本文設計了一種分子籠MOF(MC-MOF)，通過扭轉共軛配體實現收縮窗口，而不影響MOF孔隙率。分子籠有效地屏蔽了聚合過程中不需要的分子滲透，從而保留了MC-MOF的原始孔隙率，併爲複合材料提供了良好的光和熱管理。與傳統玻璃相比，這些MC-MOF/聚合物複合材料有望在可持續建築中實現更均勻的採光，並降低能耗。這項工作開發了一種利用分子籠維持聚合物中MOF孔隙率的方法，推進了MOF聚合物在能源和可持續發展方面的應用。

圖1. MC-MOF的設計與合成。(A、B)UiO-68和Zr-DPA的合成路線；(C、D)UiO-68的SEM圖像；(E、F)Zr-DPA的SEM圖像；(G、H)UiO-68和Zr-DPA的孔隙結構；(I、J) UiO-68和Zr- DPA的具有Connoly表面窗口結構。

圖2.MC-MOF的分子籠效應。(A)UiO-68暴露孔與聚合物的互穿結構；(B)Zr-DPA分子籠對聚合物的阻隔作用；（C、D）MHHPA在UiO-68和Zr-DPA結構中的擴散；(E)MHHPA在UiO-68和Zr-DPA中擴散的能壘；(F)UiO-68和Zr- DPA分散體照片；(G)Zr-DPA/EP光散射機理圖。

圖3. MC-MOF/聚合物的光學性質。(A)MC-MOF/聚合物的透過率；(B)MC-MOF/聚合物的霧度；(C)MOF/EP的吸光度；(D)MC-MOF/聚合物的透光率及霧霾測試示意圖；（E、F）MOF/EP的光學照片（分別爲靠近紙張，距離紙張1cm）；(G)Zr-DPA/EP在霧度和透光率方面與前人的比較；(H)Zr-DPA/EP和uio-68/EP的CIE色度圖；(I)MOF/EP在365nm紫外激發下的照片；(J)MOF/EP樣品的熒光發射光譜；(K)MOF/EP的力學性能。

圖4. MC-MOF/聚合物的光管理。(A、B)激光照射玻璃的側面圖和正面圖；(C、D)激光輻照Zr-DPA/EP的側面圖和正面圖；(E、F)玻璃和Zr-DPA/EP作爲建築材料的示意圖；(G、H)玻璃和Zr-DPA/EP模擬採光的房屋模型。

圖5.MC-MOF/聚合物的熱管理。(A)玻璃和Zr-DPA/EP的導熱係數；(B)紅外熱像儀監測傳熱過程的示意圖；（C、D）玻璃在熱板上15s和60s後的紅外熱成像；（E、F）Zr-DPA/EP在熱板上15s和60s後的紅外熱成像；(G)玻璃或Zr-DPA/EP模型中黑色塊體在太陽照射後的溫度變化；(H、I)上午9:00和下午15:00時玻璃和Zr-DPA/EP模型中黑色塊的溫差；(J)紐約、芝加哥、波士頓採用Zr-DPA/EP的建築月採暖節能情況；(K)北京、哈爾濱、多倫多采用Zr-DPA/EP的建築月採暖節能；(L) 6個城市中玻璃建築和Zr-DPA/EP建築採暖總能耗比較。

Title：Molecular-caged metal-organic frameworks for energy management.

Authors: Minghong Wu, Gengye Lin，Rui Li，Xing Liu，Shumei Liu，Jianqing Zhao*，Weiqi Xie*

To be cited as:Sci. Adv., 2024,10,eadl4449.

DOI: 10.1126/sciadv.adl4449.