利用海泡石诱导MOF-74(Ni)的成核，构建层次多孔复合材料，以协同提升CO?的吸附和脱附性能

《Separation and Purification Technology》：Inducing nucleation of MOF-74(Ni) with sepiolite for construction of hierarchically porous composites to synergistically enhance CO 2 adsorption and desorption performance

降低CO?捕获成本与提升吸附效率的MOF-74(Ni)@sepiolite复合材料研究，通过天然sepiolite调控晶体生长和构建多级孔结构，实现热稳定性与吸附脱附性能的协同优化，在动态条件下保持高吸附容量。

　　本研究聚焦于二氧化碳（CO?）捕获技术中面临的核心挑战之一：在降低成本的同时提升CO?的吸附能力和解吸效率。当前，金属有机框架（MOFs）作为一种极具前景的吸附材料，广泛应用于气体储存与分离、催化、传感器、药物输送等领域。然而，MOFs在实际应用中仍面临诸多问题，如高昂的合成成本、结构不稳定以及较差的再生性能。因此，开发一种兼具高效吸附性能、良好结构稳定性和低成本的MOFs复合材料成为研究的重点。

在这一背景下，研究人员提出了一种新的策略，即通过引入天然矿物——蛇纹石（sepiolite，简称SEP）作为形态调节剂，对MOF-74（Ni）进行结构优化，从而构建出具有分级孔结构的MOF-74（Ni）@SEP复合材料。蛇纹石是一种储量丰富、成本低廉、比表面积大且具有丰富孔结构的天然矿物，其轻质、非膨胀的特性使其成为理想的吸附载体。通过在合成过程中利用蛇纹石的物理结构特点，研究人员成功地降低了MOF-74（Ni）的合成能耗，同时提升了其热稳定性与CO?吸附性能。这一复合材料的制备方法为一种原位水热法，通过调控合成条件，使得MOF-74（Ni）能够在蛇纹石的表面均匀生长，形成具有分级孔结构的复合体系。

研究发现，相较于纯MOF-74（Ni），MOF-74（Ni）@SEP复合材料表现出更快的CO?扩散速率和更优的质量传递性能。这一结论通过零长度柱（ZLC）分析得到验证，表明该材料在动态吸附过程中具有更强的适应能力。此外，该复合材料在经过多次吸附-解吸循环后仍能保持超过98%的CO?吸附能力，显示出良好的循环稳定性。特别是在模拟烟气条件下（温度为338 K，含湿气和氧气），该材料仍能保持较高的CO?吸附量，进一步证明其优异的热稳定性和耐湿性。

在机理分析方面，研究人员发现CO?在MOF-74（Ni）@SEP复合材料中的吸附主要依赖于Ni2?的路易斯酸位点与CO?之间的优先配位作用，而分级孔结构则有助于CO?的快速解吸。这一发现不仅揭示了CO?吸附与解吸过程中的关键因素，也为优化MOFs材料的性能提供了新的思路。通过合理设计材料的结构，可以有效提升其在工业条件下的应用潜力，特别是在需要高效率和高稳定性的CO?捕获场景中。

近年来，关于MOF-74材料的研究取得了显著进展。通过调控合成参数，如聚合物添加剂、蚀刻策略和反应条件，研究人员能够精确控制MOF-74的晶体尺寸和结构，从而提高其CO?的吸附速率和气体吸附量。此外，将MOF-74引入介孔或大孔支持材料中，也有助于进一步提升其吸附性能和选择性。这些研究充分说明了结构优化在开发高性能MOF-74吸附材料中的重要性。然而，尽管已有诸多改进，目前制备的MOF-74材料仍存在高成本、低产率、复杂的合成工艺以及较差的结构稳定性等问题。

因此，本研究结合了蛇纹石和MOF-74（Ni）的优势，首次提出了一种新型的复合材料体系。该材料不仅在合成过程中降低了成本，还通过优化孔结构提升了气体传输性能，从而实现了CO?吸附和解吸效率的同步提升。在材料的合成与表征方面，研究人员进行了系统的分析，包括X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、氮气吸附-脱附等手段，以全面评估材料的结构特征和吸附性能。这些实验结果表明，MOF-74（Ni）@SEP复合材料在实际工业应用中具有广阔的前景。

此外，本研究还强调了在评估MOFs材料吸附性能时，应同时考虑静态和动态条件。目前，大多数研究主要基于静态条件下的CO?吸附实验，而实际工业中的CO?分离过程往往发生在动态条件下。因此，仅依靠静态测量无法准确反映材料的真实吸附能力。通过结合静态和动态评价方法，可以更全面地了解MOFs材料在不同工况下的性能表现，为后续的材料优化和工程应用提供科学依据。

在实际应用中，CO?捕获技术不仅需要高效的吸附性能，还必须具备良好的循环稳定性。MOF-74（Ni）@SEP复合材料通过引入蛇纹石作为结构支架，有效提升了其热稳定性和机械强度，使其在多次吸附-解吸循环后仍能保持较高的性能。这种材料的合成方法为一种水热法，其操作条件温和，易于大规模生产，符合工业化应用的需求。同时，蛇纹石的天然特性使其在环境友好性方面也具有优势，有助于推动绿色可持续的CO?捕获技术发展。

综上所述，本研究通过将MOF-74（Ni）与蛇纹石结合，成功制备出一种具有分级孔结构的新型复合材料。该材料在提升CO?吸附性能的同时，有效降低了合成成本，并且具备良好的热稳定性和循环性能。研究结果表明，这种复合材料在模拟烟气条件下仍能保持较高的CO?吸附能力，为实际工业中的CO?捕获提供了可靠的技术支持。此外，本研究还为MOFs材料的结构优化和应用拓展提供了新的思路和方法，有助于推动CO?捕获技术的进一步发展。