综述：解锁金属有机框架在碳捕集与利用中的潜力：合成、功能化及工业化路径

这篇综述系统阐述了金属有机框架（MOFs）在碳捕集与利用（CCU）中的前沿进展，重点分析了其通过金属-配体协同作用、结构柔性等特性实现高CO2吸附容量（如ZnH-MFU-4l达3.52 mmol g-1）和选择性（>100）的机制，并探讨了MOFs在CO2催化转化（如合成燃料、化学品）及工业化挑战（稳定性、成本）中的突破性应用。

　　

金属有机框架（MOFs）的碳捕集与利用革命

引言

大气CO₂浓度已从1960年的310 ppm飙升至2023年的424 ppm，推动了对高效碳捕集技术（如MOFs）的迫切需求。MOFs凭借其可定制的孔结构和超高比表面积（达10,000 m²/g），成为超越沸石和活性炭的新一代吸附材料。

MOFs的结构优势

MOFs由金属节点（如Zn、Al）与有机配体自组装形成，其模块化设计允许精准调控CO₂吸附位点。例如，Al-TBAPy通过-36.2 kJ mol^-1的吸附焓实现2.38 mmol g^-1的CO₂捕获量，而ZnH-MFU-4l在300°C高温下仍保持3.52 mmol g^-1的吸附容量，归功于Zn-H键与CO₂的化学作用。

功能化策略提升性能

胺基修饰（如-NH₂）和开放金属位点（OMS）可显著增强选择性。MOF-808经聚乙烯亚胺修饰后，对CO₂/N₂的选择性提升至400，而Sc-TBAPy通过Lewis酸性位点实现低浓度CO₂的高效捕获。

工业化应用挑战

尽管BASF已规模化生产CALF-20（捕集效率达95%），但MOFs的水热稳定性（如水解敏感性问题）和每吨500-800美元的成本仍是瓶颈。新兴解决方案包括混合基质膜（MMMs）和仿生矿化涂层技术。

CO₂催化转化潜力

MOFs可作为催化剂将CO₂转化为甲醇（CH₃OH）或甲酸（HCOOH），其中UiO-66-NH₂在光催化还原中实现92%选择性。然而，产物收率（<1 mmol g^-1 h^-1）和循环稳定性（通常<100次）仍需优化。

未来展望

开发低成本溶剂（如超临界CO₂合成）和AI辅助MOFs设计（如预测拓扑网络）将成为突破方向，推动MOFs从实验室迈向千亿级CCU市场。