综述：MOF凝胶在先进能源存储、吸附和环境修复中的新时代

这篇综述系统阐述了金属有机框架（MOF）与凝胶复合材料的突破性进展，重点介绍了其通过溶胶-凝胶法、原位生长等策略构建的杂化材料特性，以及在超级电容器（supercapacitors）、水处理（含重金属/有机染料吸附）、催化（heterogeneous catalysis）和能源存储（离子传导率>10-3 S/cm）等领域的应用，为可持续材料设计提供了新范式。

　　

金属有机框架基凝胶：多学科交叉的创新材料

引言：MOF基凝胶的崛起

金属有机框架（MOF）凭借其超高比表面积（可达3000 m²/g）、可调孔径和结构多样性，与凝胶基质结合后形成兼具刚性骨架与柔性特性的杂化材料。这种材料通过配位键和物理交联网络，实现了对孔隙率、机械强度和溶胀行为的精确调控。

合成策略的突破

通过溶胶-凝胶法可在温和条件下实现MOF纳米晶与聚合物网络的均匀复合；原位生长法则利用凝胶基质作为模板，引导MOF晶体定向排列；而直接混合法通过超声辅助分散解决MOF团聚难题。其中，双溶剂法合成的ZIF-8/聚丙烯酸凝胶对Cd²⁺的吸附容量达450 mg/g。

结构性能的协同效应

MOF凝胶的层级孔隙结构包含微孔（<2 nm）、介孔（2-50 nm）和大孔（>50 nm），其比表面积比传统水凝胶提高20倍。通过引入羧基或氨基功能团，材料对Pb²⁺的选择性吸附系数提升至10⁴。机械性能测试显示，含UiO-66的聚乙烯醇凝胶抗压强度达15 MPa，远超纯凝胶基质。

超级电容器领域的革新

在Mn-MOF/石墨烯复合凝胶中，MOF的氧化还原活性中心与凝胶的三维导电网络协同作用，使器件在1 A/g电流密度下比电容达1120 F/g，循环5000次后容量保持率超过90%。其能量密度（45 Wh/kg）是传统活性炭材料的3倍。

环境修复的双重优势

MOF凝胶对亚甲基蓝的吸附遵循准二级动力学模型，最大吸附量达1200 mg/g。更值得注意的是，含MIL-101(Fe)的藻酸盐凝胶在可见光下对四环素的降解效率达95%，归因于Fe³⁺/Fe²⁺循环促进的羟基自由基生成。

催化性能的飞跃

将Pd纳米颗粒负载于ZIF-67凝胶后，Suzuki偶联反应的转化频率（TOF）提升至8500 h^-1。光催化实验中，NH₂-MIL-125(Ti)/碳量子点凝胶产氢速率达12 mmol/g/h，比纯MOF提高8倍。

未来挑战与机遇

当前面临凝胶长期浸泡稳定性（<30天易溶胀解体）和规模化生产（批次差异>15%）等瓶颈。新兴的3D打印技术和机器学习辅助设计有望在5年内实现材料性能的精准预测与可控制备。

这种"刚柔并济"的材料体系正推动着能源与环境技术的范式变革，其设计理念或将拓展至生物医药载体和智能传感等全新领域。