综述：性能的协同提升：混合MOF/COF材料的最新进展与应用

《Coordination Chemistry Reviews》：Synergistic improvement in performance: recent advances and applications in hybrid MOF/COF materials

MOFs和COFs的复合结构设计与应用研究综述，探讨其协同效应在气体分离、催化及能源存储中的优势，分析MOF-on-COF与COF-on-MOF等制备方法，总结材料性能提升机制及规模化生产挑战，提出未来多学科交叉研究方向。

　　金属-有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）作为一类具有广阔前景的多孔晶体材料，因其较大的比表面积、结构可调性和良好的稳定性而受到广泛关注。近年来，MOF/COF杂化材料的合成成为研究热点，这种材料结合了MOFs和COFs各自的优势，形成具有协同效应的异质结构，从而在性能上实现了显著提升。这些杂化材料在多个领域展现出应用潜力，如气体分离、催化、能量存储等，为应对环境和能源领域的关键挑战提供了新的解决方案。

MOFs和COFs的合成方法体现了分子构建单元通过配位和共价键的系统组装，这一过程被称作“网格化学”。MOFs主要由金属离子或簇与有机配体配位形成，其结构的多样性使得它们在功能化方面具有极大的灵活性，能够根据具体应用需求进行定制。然而，尽管MOFs在比表面积和孔隙率方面表现出色，其实际应用仍面临一些挑战，例如化学稳定性不足、电导率较低以及在工业规模上的可扩展性较差。这些问题促使研究者探索将MOFs与其他材料结合的杂化策略，以增强其性能指标。

相比之下，COFs则是通过有机构建单元之间的共价键形成，具有高度的热稳定性和化学稳定性。COFs可以被合成为空间结构的二维或三维形式，从而提供具有明确纳米通道的结构，适用于诸如光催化、能量存储和生物成像等应用。尽管COFs在某些方面表现出优异的性能，但它们的比表面积和结晶度通常低于MOFs。因此，为了充分发挥两种框架的优势，研究者开始尝试将MOFs与COFs进行杂化，以获得具有更优性能的新材料。

MOF/COF杂化材料的合成策略多种多样，包括MOF-on-COF和COF-on-MOF等配置方式。通过这些方法，研究者能够构建具有多级孔结构的材料，从而在功能化方面实现更广泛的应用。例如，某些团队已经开发出优化用于传感器和光催化剂的MOF/COF复合材料，证明COFs可以提升MOFs的光导率和电荷转移能力。此外，受到合金制备过程中金属混合的启发，天津大学江忠毅教授的团队通过将COFs引入柔性MOFs（如ZIF-8）中，利用库仑力限制ZIF-8连接器的旋转，从而实现了显著的合金效应，开发出一种刚性MOF-COF“合金膜”，提高了MOF孔隙的利用率。而中山大学李广琴教授的团队则通过将MOF作为基底，对NTU COF壳层进行涂层，从而改善了孔环境和材料的亲水/疏水性。吉林大学滕奔教授则是首个在COFs上生长MOFs的团队，成功制备了新型的COF-MOF复合薄膜。相较于单一的MOFs或COFs，这种复合膜在气体分离方面表现出更优异的性能，其优异表现归因于COFs和MOFs的化学性质以及它们在界面原子层的相互作用。

在MOF/COF杂化材料的研究中，多种纳米结构已被开发，包括核壳结构和层状结构。这些材料的灵活设计和合成方法得益于一系列旨在优化其结构和性能的策略。例如，通过不同的合成路径，研究者能够实现对材料孔径、比表面积和功能化程度的精确调控，从而满足特定应用的需求。此外，MOF/COF杂化材料在不同领域展现出广泛的应用前景，包括催化、污染吸附、传感、能量存储等，具有解决能源和环境问题的巨大潜力。

在研究方法方面，扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）能够直接观察复合材料的整体形貌，如颗粒状、片状或纤维状结构，以及颗粒的大小和分布。随着技术的进步，高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）可用于观察MOF与COF晶体之间的界面结构，从而确定它们是否紧密接触或呈现出不同的结构特征。这些技术为研究MOF/COF杂化材料的微观结构提供了有力支持，有助于深入理解其性能提升的机制。

尽管MOF/COF杂化材料的研究取得了诸多进展，但该领域仍面临一些挑战。其中，可扩展性和可重复性是目前亟需解决的问题。由于MOF/COF杂化材料的合成通常涉及复杂的化学反应和精细的结构调控，因此在大规模生产过程中可能会遇到稳定性差、成本高以及工艺复杂等问题。此外，合成过程中如何精确控制MOF与COF之间的界面相互作用，以实现最佳的性能协同效应，也是研究中的难点之一。这些挑战促使研究者不断探索新的合成方法和策略，以提高材料的性能和实用性。

当前，科学界已经发表了许多关于MOF和COF合成原理的综述，但对它们杂化结构的系统研究仍然较为有限。一些研究者专注于复合材料的应用，但在合成方法的研究方面仍存在不足。因此，有必要对MOF/COF杂化材料的合成方法进行深入探讨，以明确其制备过程中的关键因素和优化方向。随着研究的深入，越来越多的团队开始关注MOF/COF杂化材料的合成路径和设计策略，为未来的发展奠定了基础。

综上所述，MOF/COF杂化材料的研究正不断拓展，其结合了MOFs的结构多样性和COFs的稳定性，为开发具有广泛应用的先进材料提供了新的思路。这些材料不仅在性能上优于单一的MOFs或COFs，还为解决能源、环境和健康领域的关键问题提供了可能。通过总结现有研究的成果和趋势，本文旨在为研究人员和从业者提供一个全面的参考资源，推动MOF/COF杂化材料在多个领域的应用。此外，本文还将探讨该领域未来的发展方向，强调创新思维在合成和功能化方面的重要性，为MOF/COF杂化材料的进一步研究和应用提供新的视角。