神通广大的MOFs！不止催化、吸附、传感…… | Cell Press论文速递

物质科学

Physical science

2020年10月7日，北京科技大学王戈教授和北京师范大学陈晓课题组在Cell Press细胞出版社旗下期刊Cell Reports Physical Science上发表综述文章，他们系统介绍了金属有机框架（MOFs）在相变热能存储领域的最新研究进展；概括了MOFs在相变热能存储领域的优势和MOFs封装相变材料的方法；系统总结和分析了三大类MOFs基相变材料（PCMs）在热能存储领域的应用进展，最后对其存在挑战和发展前景进行了总结。

▲长按识别二维码阅读论文

▲图1. 金属有机框架基相变材料应用于热能存储

1. MOFs基相变材料用于热能存储的优势和封装方法。

众多研究证明先进的碳基相变材料具有良好的综合热性能，比如碳纳米管和石墨烯。然而这些碳材料也存在一些缺点，比如制备工艺复杂、比表面积相对较低，孔道尺寸不规整，孔结构难以定向调控。相比较而言，MOFs具有超高的比表面积和孔隙率，孔结构高度规整有序、孔结构（尺寸和表面官能团）具有优异的可调性。因此，MOFs在制备高性能复合相变材料方面更具发展潜力。

考虑到纯相变材料在固液相转变时存在泄漏的缺点，目前有两种策略：一步封装法和两步封装法。一步法：MOFs的合成和PCMs的封装同时进行，即将PCMs直接加入到MOFs的合成原料中，通过一步反应直接合成MOFs基相变复合材料。两步法：首先通过溶剂热法等策略合成MOFs，然后将熔融的PCMs液体通过毛细作用力和表面张力渗透到MOFs孔道中，最终获得MOFs基相变复合材料。相对而言，两步法具有更好的可控性和流行性。

▲图2. 金属有机框架应用于相变热能存储的优势。

2. 三大类MOFs基PCMs在热能存储领域的应用进展。

课题组主要总结了原始MOFs基相变材料、MOFs复合物基相变材料、MOFs衍生碳基相变材料的最新研究进展，分析讨论了三类材料在相变热能存储领域的优缺点，同时对MOFs孔结构与MOFs基相变材料热性能之间的关联性提出了建设性见解。

▲图3. 金属有机框架基相变材料的研究进展。

3. MOFs基PCMs在热能存储中存在的挑战及未来的研究方向。

孔结构的调控依旧是制约高性能MOFs基PCMs发展的一大挑战。

尽管已有一些商业化MOFs，但是高成本依旧是MOFs基PCMs的一大劣势。

目前的研究主要集中在少数种类的MOFs，更多种类的合适MOFs需要探索。

高通量和机器学习手段是未来筛选合适MOFs用于相变热能存储的首选手段。

先进的高性能-多功能MOFs基相变复合材料急需探索。

第一作者：陈晓

通讯作者：陈晓、王戈

通讯单位：北京师范大学、北京科技大学

相关论文信息

论文原文刊载于CellPress细胞出版社旗下期刊Cell Reports Physical Science上

▌论文标题：

Metal-Organic Framework-based Phase Change Materials for Thermal Energy Storage

▌论文网址：

https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(20)30233-2

▌DOI：

https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2020.100218

推荐阅读

▲长按识别二维码关注细胞科学