Page 53 - 《精细化工》2020年第7期

第 7 期 孙亚昕，等: 金属-有机框架基柔性复合材料研究进展 ·1335·

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的如 MOF-5 、ZIF-8 、UiO-66 、HKUST-1 、 进行探讨，为柔性材料作为基底对 MOFs 实际应用
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MIL-101 、PCN-610 。 提供支持。
近 20 年来，MOFs 因其多种独特性质而备受各
1 MOFs/混合基质膜复合材料
领域研究者的关注。例如，可通过调节无机金属离
子和有机连接配体间的相互作用从而改变 MOFs 的 混合基质膜是将无机组分引入高分子聚合物中
孔径；通过多种方法可对 MOFs 的孔表面进行适当 制备而成。常见的无机组分有无机纳米粒子、石墨
功能化，这些方法使其在气体储存 [9-10] 、分离 [11-12] 、 烯/氧化石墨烯/碳纳米管、分子筛/沸石等 [29-31] 。同
催化 [13-14] 、传感 [15-16] 、过滤 [17-18] 和能源 [19-20] 等领域 样，将 MOFs 引入高分子聚合物后制备出具有分离、
表现出优越的性能。虽然 MOFs 具有众多优越的性 过滤性能的混合基质膜，从而发挥 MOFs 的功能，
能，但在实际应用中仍旧存在很多困难。绝大多数 成为制备 MOFs 柔性复合材料的一种常用方法。不
的 MOFs 具有脆性、易水解、耐酸碱性差、与其他 仅可有效解决 MOFs 粉体的团聚问题，又能提高稳
材料的相容性较低等缺陷，通常难以加工成专用器 定性，为其实际应用提供了技术手段 [32] 。
件。同时，MOFs 通常为固体粉末，物理特性导致 LI 等 [33] 报道了一种由吩噻嗪修饰的苯并咪唑
其容易团聚，从而降低活性，阻碍应用 [21-23] 。 桥联二羧酸配体与锆基金属盐制备的 UiO-68-PT。
解决以上问题是发展 MOFs 实际应用的先决条 这种 MOF 在 HClO 的氧化还原反应中伴随着视觉颜
色变化。UiO-68-PT 在 HCl 生成 HClO 的过程中，
件。其中，针对 MOFs 的团聚现象，研究者们尝试
会从白色变成红色，且红色会随 HClO 质量浓度的
了多种方法，主要思路是将其负载于基底上，通过基
增加而加深；加入具有强还原性的 V C 后 UiO-68-PT
底的支撑作用，达到使 MOFs 分散的目的。基于以
又可以恢复为红色。此颜色变化过程可反复进行。
上背景，MOFs 柔性复合材料应运而生。柔性材料
通过将这种 UiO-68-PT 颗粒与聚乙烯醇高分子聚合
作为前沿热点，不仅可以为 MOFs 提供有效的支撑，
物混合，制成混合基质膜复合材料（MMM）。图 1
并且其独特的柔性特征也为 MOFs 在多场景下的应 展示了平坦、柔韧、无宏观缺陷且 MOF 颗粒均匀分
用提供了可能。例如，柔性传感器 [24] 、空气/水净化 散的基于 UiO-68-PT 的混合基质膜。该混合基质膜
膜 [25-26] 、防护用品 [27] 、柔性电池组件 [20,28] 等。本文 具有良好的柔韧性与机械应力恢复能力。同时，利
将从不同 MOFs 柔性复合材料基底出发，着重介绍 用在 HClO 氧化还原反应中的视觉颜色变化，显示
目前较常使用的 4 类基底，综述了前沿 MOFs 柔性 出该混合基质膜作为水中 HClO 检测比色卡的应用
复合材料的制备及其性能，并对复合材料的优缺点 潜力。

图 1 UiO-68-PT 基 MMM（1.5 cm×3.0 cm）的机械应力光学展示（a）、表面 SEM 图和元素图（b）、横截面 SEM 图（c）、
HClO（5 mg/L）和 V C （0.1 mol/L）引起的颜色变化（d） [33]
Fig. 1 Pictures of resilience to mechanical stress (a), SEM image of surface and elemental mapping (b), SEM image of cross
section (c) of UiO-68-PT-based MMM (1.5 cm×3.0 cm) and color change induced by HClO (5 mg/L) and V C (0.1
mol/L) (d) [33]