《Journal of Molecular Liquids》：Ionic liquid-functionalized metal-organic frameworks: Synergistic architectures for sustainable energy and environmental engineering
编辑推荐：
•IL@MOF复合材料实现了从75%到99%的催化反应产率。•环境治理方面表现出10–670 mg g?1的污染物去除能力。•储能系统达到100至150 Wh kg?1的能量密度。•用于能源应用的离子电导率范围为10?4至10?2 S cm?1。•先进的分子分离过程展现出30
- •
IL@MOF复合材料实现了从75%到99%的催化反应产率。
- •
环境治理方面表现出10–670 mg g?1的污染物去除能力。
- •
储能系统达到100至150 Wh kg?1的能量密度。
- •
用于能源应用的离子电导率范围为10?4至10?2 S cm?1。
- •
先进的分子分离过程展现出30至110的选择性。
引言
全球工业能力的持续进步与环境危机的日益紧迫，催生了对多功能材料前所未有的追求[1]、[2]。在这一科学探索的前沿，迫切需求的是兼具高结构选择性、化学耐久性以及苛刻操作条件下催化效率的系统[3]、[4]、[5]。近年来，金属有机框架（MOFs）——由金属离子节点与有机配体配位合成的结晶材料——重新定义了多孔材料科学的领域[6]、[7]、[8]。这些框架具有超大的比表面积、可调的孔隙率以及模块化架构，使研究人员能够为碳捕获、先进分子传感和化学催化等高度特定的应用定制其内部环境[9]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]。然而，尽管潜力巨大，原始MOFs常常面临根本性局限。许多框架对环境湿度敏感或表现出化学不稳定性，而其内部表面的固有刚性往往缺乏复杂高产率化学转化所需的特定亲核性、酸性或电化学性质[15]、[16]、[17]、[18]。这些挑战促使新一代多孔材料的出现，其特征是通过策略性地将MOF骨架与次级功能客体杂化来扩展其应用范围。历史上，这些杂化系统的概念演进可追溯至2000年代后期对聚合物-MOF和分子客体封装的早期探索，随后与2010年代离子液体化学的快速发展相融合[19]、[20]、[21]、[22]。这一轨迹中的关键里程碑包括从简单的室温熔盐物理浸渍过渡到利用协同主客体相互作用的复杂后合成共价与非共价限域策略[23]、[24]、[25]。
在各种研究的客体材料中，离子液体（ILs）——由有机阳离子和无机或有机阴离子组成、在相对较低温度下呈液态的盐——已成为与MOF集成最具前景的伴侣[26]、[27]、[28]。ILs具有一系列独特的物理化学性质，包括可忽略的蒸气压、优异的耐热稳定性、宽的电化学窗口以及高离子电导率[29]、[30]、[31]、[32]、[33]、[34]、[35]、[36]。当ILs被限域在MOF精确定义的孔道中时，ILs并非仅仅被封存，而是通过主客体限域效应发生转变。固定化过程有效地将MOF主体的几何精度与IL客体的化学灵活性结合在一起。这种协同集成产生的复合材料被指定为IL@MOF，其经常展现出超越各组分简单加总的功能特性[37]、[38]、[39]、[40]。MOF提供了刚性、高比表面积的宿主以减轻IL聚集的潜在风险，而封装的IL引入了能够活化底物、增强离子传输和实现目标选择性的活性位点。这些特征共同有效地绕过了纯MOF基过程所固有的热力学和动力学屏障。
自2020年以来，IL@MOF复合材料的研究格局呈指数级增长，并以向循环经济和可持续工程转型为标志。无论是在将废物流转化为高附加值化学品、去除有害工业污染物还是开发下一代固态电池方面，IL@MOF架构的适应性目前无可匹敌。本综述对这些复合材料的演化、合成方法和功能应用进行了全面分析。研究范围始于对将ILs包载于MOF腔体中的合成方案的考察，如后合成改性、原位结晶和一锅法溶剂热封装。随后，讨论转入这些材料展现卓越性能的主题领域。我们首先回顾了其在催化转化和生物质增值中的作用，重点关注框架与IL之间的双位点协同效应如何提高反应产率。其次，本综述评估了其在环境治理中的性能，强调对放射性同位素、重金属和持久性有机污染物的选择性捕获。第三，分析评估了其在电化学储能中的贡献，其中调控超级电容器和电池中的离子传输路径是主要焦点。最后，研究考察了其在选择性分子分离中的性能，特别是在混合基质膜的开发用于工业气体纯化和大分子识别方面。
本文的结构和组织优先考虑清晰度和专业严谨性，涵盖四个独立的技术章节。在引言之后，方法论框架章节概述了用于文献筛选的严格标准，确保仅分析高影响力、实验可验证且具有代表性的研究。随后，文献综述章节按具体功能领域分类当前进展，并以定义技术前沿的详细性能指标为支撑。讨论章节综合这些发现，比较各种IL@MOF系统，突出决定其效能的设计原则。最后，本文确定了关键技术壁垒，如对湿度的结构敏感性、合成可扩展性和对主客体相互作用更深入机理理解的必要性，并提出未来方向，以综合性能基准为支撑，指导下一代多功能复合材料的开发。
确立这一范围为其科学评估所需的调查参数的细粒度考察奠定了基础。将下一章中呈现的方法论方案和 analytical 标准规范化，为比较当前领域中所采用的不同实验方法提供了严格的基准。
章节摘要
文献综述
ILs与MOFs的杂化代表了材料科学的一个变革性前沿，有效地将结晶多孔材料的结构优势与熔盐的化学多功能性连接起来。通过操纵MOF宿主与IL客体之间的界面，研究人员解锁了显著优于单一组分的协同性能，在催化效率、选择性分离和电化学传输方面表现突出。本节
关键发现讨论
将ILs整合到MOF架构中代表了功能材料设计的范式转变，其中结晶孔隙率与液态离子多功能性的杂化解锁了母体材料无法企及的性能基准。在催化、环境治理、储能和分子分离等主题领域中，文献中浮现的核心主题是主客体界面的精确工程化。通过定制特定的MOF
未来研究方向
IL@MOF的多元化格局在过去五年中经历了显著扩展。然而，弥合当前实验室里程碑与可扩展的实际应用之间的差距，需要战略性地转向长期运行稳定性、环境可持续性以及对主客体相互作用更严谨的基础理解。图1提供了这些未来研究优先事项的视觉路线图，展示了其相互关联的本质。
结论
本综述对IL@MOF的合成、表征和广泛应用进行了批判性评估。通过仔细分析近期的学术贡献，可以明显看出，这两类不同材料战略性的杂化提供了对活性位点环境、孔道形态和传质动力学的前所未有的控制水平。目前的技术前沿表明，这些复合架构并非简单的加和；而是
CRediT作者贡献声明
Mehmet Melikoglu：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，可视化，验证，方法论，调查研究，形式分析，数据管理，概念化。
生成式AI和AI辅助技术在写作过程中的声明
在准备本作品期间，作者使用了Gemini（Google）和ChatGPT以改善语言和可读性。使用此工具/服务后，作者审阅和编辑了所需的内容，并对出版物的内容承担全部责任。
利益冲突声明
作者声明他们不存在已知的可能影响本论文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
Mehmet Melikoglu
