上交《AFM》：一种无粘结剂方法构建铝基MOF，优异吸水性能！

金属有机骨架(MOFs)作为一种新型的吸附剂，因其大的比表面积、丰富的不饱和中心、可调的拓扑结构和孔径而在许多领域引起了广泛的关注，特别是它对水蒸气的逐级吸收和适中的再生温度使其在吸水应用如散热、吸附式热泵和冷水机组、大气集水和湿度控制等方面具有很好的应用前景。在金属基体上涂覆金属有机骨架是金属有机骨架应用的一个重要研究方向。然而，现有的粘结剂包覆方法需要重复操作，不可避免地会堵塞MOF的孔隙，导致吸附容量降低。

来自上海交通大学的学者提出了一种无粘结剂的方法来构建MOF-on-Metal结构。以铝基体溶解后的铝离子为原料，通过原位合成Al基金属氧化物薄膜(MIL-96和MIL-100)，在铝基体上制备了生长良好的多晶Al-MOF层。本文对MOF涂层的形貌和化学成分进行了系统的表征，并提出了一种pH控制策略来调节复合MOF的相对比例。重要的是，金属氧化物-非金属结构表现出超高的吸水量(192.5 g m−2)，这是所有已报道的干燥剂涂层金属结构中最高的，并且具有优异的循环稳定性。在此基础上，对采用金属-金属复合结构的除湿热泵系统的性能进行了预测，结果表明，该系统的运行周期比采用粘结剂硅胶涂层的系统长80%，平均除湿量可达8.36g kg-1。
综上所述，该方法能够形成无粘结剂、低成本、高性能的MOF涂层，在高效节能吸附领域具有广阔的应用前景。相关文章以“Binder-Free Growth of Aluminum-Based Metal–Organic Frameworks on Aluminum Substrate for Enhanced Water Adsorption Capacity”标题发表在Advanced Functional Materials。

图1.MOF-on-Metal结构的建立：a)杂化铝基MOF的一步合成。b)MIL-96(Al)和MIL-100(Al)的晶体结构。c)准备好的样品的照片(干燥前和干燥后)。d)在数码显微镜下观察样品的横截面形态。e)涂层与金属基体之间的相互作用。

图2.MOF-on-Metal结构的表征：a)MOF涂层的SEM图像。b)铝衬底和MOF涂层之间的接合处的SEM图像。c-e)MIL-96、MIL-100和MIL-110晶体的SEM图像。f)横断面EDS映射图像。g)MOF涂层粉末的X射线衍射图谱。h)来自上层和衬底的粉末的FTIR图案，覆盖着一层非常薄的涂层。

图3.不同初始pH值(pH=0.69，pH=0.46，pH=0.33，pH=0.23)下产物的表征。a-d)固体产品的扫描电镜图像。e)粉末X射线衍射图谱。f)在不同pH值和(20°C)下合成的MIL-96(Al)、MIL-100(Al)、MIL-110(Al)和MOF涂层的吸水等温线。

图4.吸水性能和结构稳定性的实验装置和结果。a)吹风试验的实验装置。b)试样在气流作用下的质量变化,样品在气流作用下的质量变化(为了对比，涂层样品的质量小于粘结剂涂层样品的质量)。c)20°C吹风试验前后MoFon-金属层的吸水等温线；d)吸水率与其他涂层金属干燥剂吸水率的比较。

图5.在pH=0.23时制备的固体产品的动态吸附-解吸试验。

图6.采用不同干燥剂的地源热泵系统的模拟结果(有效除湿期是指送风湿度低于室内空气所经过的时间).
综上所述，该方法实现了基板表面的全覆盖、高成品率和高涂层密度、超高吸水率和优异的循环稳定性。与粘结剂技术相比，在基片上原位合成MOF涂层不仅避免了材料性能的衰减，而且成本低，易于操作，为MOF材料的大规模工业化应用提供了可能。因此，该新方法在高效吸附型应用领域具有广阔的应用前景，如散热、吸附式热泵、大气集水、湿度控制等。此外，利用金属离子直接从金属衬底上合成MOF，而不是使用外来金属盐，为MOF的大规模合成提供了一种新的途径。

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