CCR综述：“精装修”金属有机框架：从形貌调控到超结构组装

北京建筑大学王崇臣教授团队于2026年1月在Coordination Chemistry Reviews（Q1，IF = 23.5）发表了题为《Tailoring metal–organic frameworks: From morphological control to superstructure assembly》的综述论文。该综述首次从多维视角，系统总结了金属有机框架从单晶形貌调控到组装形成超结构的前沿方法与研究进展，并深入探讨了该领域目前面临的挑战及相应解决策略。论文第一作者为北京建筑大学2024级博士研究生王志博；论文通讯作者为北京建筑大学王崇臣教授；共同作者为北京建筑大学博士研究生楚弘宇和常淼。

自1995年Omar M. Yaghi教授团队首次提出金属有机框架（MOFs）概念以来，MOFs材料迅速在环境修复、能源存储与化学材料等领域掀起研究热潮。2025年，Susumu Kitagawa、Richard Robson和Omar M. Yaghi三位学者更是凭借在MOFs材料领域的开创性贡献共同荣获诺贝尔化学奖。这份荣誉不仅肯定了MOFs研究的深远科学意义，更凸显了此类材料在应对当前技术挑战中所具备的变革潜力。

随着MOFs研究从基础探索向实际应用不断深入，其关注焦点已由晶体结构设计拓展至微观形貌的精准调控。MOFs的颗粒尺寸、暴露晶面、比表面积及孔隙结构等形貌参数，对其性能具有决定性影响。与此同时，为突破性能瓶颈并实现功能集成，构建MOF超结构已成为重要研究方向。MOF超结构是指以单个MOF颗粒为基本单元，在范德华力、耗尽力或界面诱导力等驱动下，通过有序组装形成的高级结构。这类结构不仅保留了MOFs的本征性能，还引入了多级孔道、中空结构以及多功能融合等新特性。

本综述首次尝试从多维度视角系统阐述MOFs的精确设计与构筑，涵盖从微观形貌的定制到超结构的理性组装，旨在成为一份面向实际研究的“问题解决指南”。在系统阐释相关技术原理的基础上，本文还针对合成与组装过程中的常见挑战提出了可行性解决方案。期望为MOFs及其衍生结构的设计优化与功能强化提供新思路，进一步推动其在实际场景中的应用。

本文亮点：

1. 提出从多维视角对MOFs进行精准设计的系统框架。

2. 深入探讨了控制MOFs形貌的关键因素和机制。

3. 深度探究了MOF超结构的组装原理和挑战。

4. 概述了智能化MOFs和多功能超结构的未来发展方向。

总结：

随着对金属有机框架（MOFs）材料从单晶到宏观结构调控技术的日渐成熟，其研究重点正从基础合成转向实际应用与前沿探索。基于当前进展，未来MOFs材料的发展应聚焦以下五个关键方向，以实现其向工业化、功能化和智能化的跨越。

规模化制备与组装

MOFs材料及其宏观结构的可控合成与组装大多停留在实验室的间歇式操作，效率有限。面向工业应用，开发连续化、高通量的生产体系是当务之急。将现有的合成与调控技术，与连续流反应器、喷雾干燥、自动化控制等先进工艺结合，是实现MOFs及其超结构材料可规模化、可重复制备的可行路径。

稳定性增强策略

MOFs及其超结构的稳定性是其走向应用的前提。未来研究的核心之一是开发温和、高选择性的模板去除策略，以避免在构建多级孔MOFs时因移除模板而造成结构损伤。例如，可设计高选择性溶解的新型溶剂，利用超临界流体技术进行无残留提取，或采用生物酶法等温和定向去除模板。同时，需强化超结构整体的机械稳定性。通过表面功能化、共价交联或聚合物涂层等方式增强颗粒间作用力，但需谨慎设计以避免堵塞MOFs固有的微孔，在提升稳定性的同时保持其孔道特性和传质性能。

多组分与刺激响应组装

现有MOF超结构多由单一组分构成，功能受限。未来亟需发展多组分协同组装策略，将具有催化、导电、荧光、磁性等互补功能的MOFs集成，构建先进多功能材料。此外，在组装过程中引入刺激响应元件（如温敏聚合物、光致变色分子、pH响应基团），将能构筑动态智能系统。结合光热转化剂与MOFs前体，甚至可通过远程光照实现空间选择性诱导成核生长，动态调控超结构。

数据驱动的智能化设计

MOFs合成与组装体系复杂，亟需从传统的“试错法”转向数据驱动的智能化开发范式。应用机器学习算法，对包含反应条件、调节剂、模板参数与最终形貌/性能的大规模合成数据进行挖掘与建模，可建立定量“构效关系”（QSPR）模型，预测新系统的结果。进一步，将响应面分析法与自动化实验平台结合，形成“合成-表征-分析”闭环系统，能实现关键工艺参数的快速优化与智能调控，加速材料研发进程。

性能验证与机理探究

目前，针对新兴形貌MOFs及其超结构的性能评估在实际应用场景中仍有不足。未来需要在真实条件下进行严格验证，例如评估其在工业废水催化降解中的效率，或量化其在储能器件中的循环稳定性。同时，深入理解其在外场下的演变机制至关重要。需大力采用高通量原位表征技术，如同步辐射、原位X射线衍射、高分辨电镜等，实时揭示MOFs的结构演变规律，建立其稳定性与形貌、尺寸及缺陷等因素的关联，为设计高耐久性的应用导向型MOFs材料提供理论依据。

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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