“諾獎材料”竟能幫助碳中和？MOFs在中國如何點“碳”成金

文章來源:新京報陶野2025-10-11 10:17

10月8日，瑞典皇家科學(xué)院宣布，將2025年諾貝爾化學(xué)獎授予日本科學(xué)家北川進、澳大利亞科學(xué)家理查德·羅布森和美國科學(xué)家奧馬爾·亞吉，以表彰他們“在金屬有機框架材料的開發(fā)”方面作出的貢獻。

從沙漠空氣中收集飲用水、從水中提取污染物、高效捕獲二氧化碳、安全儲存氫氣……這項被譽為“分子級樂高”的金屬有機框架材料（Metal organic Frameworks，簡稱MOFs），正以其可定制的無限可能，以前所未有的方式破解著水危機、能源困局和污染難題，將人類帶入一個“設(shè)計材料”的新時代。

為CO?量身定制“分子牢籠”

在應(yīng)對氣候變化的戰(zhàn)場上，MOFs在碳捕集領(lǐng)域的突破為實現(xiàn)碳中和提供了關(guān)鍵技術(shù)路徑。

2021年12月16日，一篇《一種可擴展的金屬-有機框架作為二氧化碳捕捉的持久物理吸附劑》（A scalable metal-organic framework as a durable physisorbent for carbon dioxide capture）論文發(fā)表在Science上，中國科研人員林健斌參與其中并作為該論文的第一作者。

上述論文詳述了名為CALF-20的MOF材料是一種兼具高容量、高選擇性、高穩(wěn)定性和可擴展性的材料，為二氧化碳捕集技術(shù)提供了一種低能耗、持久耐用、工業(yè)可行的解決方案。研究還闡述MOF材料已經(jīng)從實驗室走向工業(yè)試驗。

自2021年1月份以來，CALF-20就在加拿大Lafarge-Holcim水泥廠進行每天一噸二氧化碳捕獲的工業(yè)試驗，它也是世界上第一個工業(yè)示范的MOF材料。

CALF-20結(jié)構(gòu)中大約38%的體積為孔道，每克CALF-20具有528平方米的孔道比表面積，在室溫以上具有較高的CO?吸附量。CALF-20的吸附能力和選擇性遠(yuǎn)超傳統(tǒng)材料，如同為CO?量身定制了“分子牢籠”。

MOFs遠(yuǎn)不止是“捕碳高手”

目前，加拿大、英國、德國、中國在內(nèi)的多個國家的企業(yè)正在把MOFs材料從實驗室推向工業(yè)現(xiàn)場。他們分別在燃煤電廠、垃圾焚燒廠等煙氣中測試“分子級樂高”吸附劑，目標(biāo)以更低能耗、更高濕穩(wěn)性實現(xiàn)每年千萬噸級的二氧化碳捕集，MOFs溫室氣體減排技術(shù)邁入準(zhǔn)商業(yè)化階段。

今年5月，加拿大伯納比市開設(shè)了一家名為Redwood的工廠，專門生產(chǎn)用于捕獲二氧化碳的過濾器，其固體吸附劑為MOFs。該工廠由Svante公司運營，目標(biāo)是每年生產(chǎn)足夠的過濾器來捕獲1000萬噸二氧化碳。這一進展標(biāo)志著MOFs在商業(yè)應(yīng)用上的重大突破。

在清潔能源的賽道上，MOFs也在解決最棘手的儲存難題。

MOFs遠(yuǎn)不止是“捕碳高手”，其比表面積高、孔徑可調(diào)、表面可功能化的“分子級樂高”特性，同樣讓氫氣和電能的儲存效率實現(xiàn)躍升，從而在氫氣的“制-儲-用”全鏈條助力碳中和。

如今，MOFs可以通過在內(nèi)部構(gòu)筑無數(shù)個納米級的“分子客房”，讓氫能實現(xiàn)高密度、安全地儲存和運輸。例如，在−196°C、100 bar條件下，NU-100、NU-1501-Al等MOFs的儲氫量分別達14.0 wt%和13.2 wt%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)高壓氣瓶。

如果利用MOF構(gòu)成的多孔結(jié)構(gòu)，來做成空氣凈化器放置屋中，還可以將有機污染物一并化解，真正帶來一個環(huán)境清新的家。

MOFs的中國實踐：碳語新材正趕超巴斯夫，岳陽興長已向?qū)幍聲r代送樣

在MOFs材料的應(yīng)用領(lǐng)域，中國的產(chǎn)業(yè)實踐未落人后。

在新疆，MOF碳捕集設(shè)施可在油田回收天然氣，在塔克拉瑪干沙漠等干旱地區(qū)，采用MOF作為吸附劑的空氣集水裝置已可以為當(dāng)?shù)鼐用窈筒捎凸と颂峁╋嬘盟?/div>

在珠海金灣區(qū)，廣東碳語新材料有限公司作為全球少數(shù)通過非溶劑方法實現(xiàn)MOF規(guī)?；慨a(chǎn)的企業(yè)，已開發(fā)出40余款MOF產(chǎn)品，應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋二氧化碳捕集、除濕干燥、散熱制冷、氣體分離、VOC吸附及鋰電池隔膜涂布等多個領(lǐng)域。據(jù)悉，在MOF領(lǐng)域，碳語新材的競爭力目前處于全球第二梯隊，希望3-5年能夠趕超該行業(yè)巨頭巴斯夫，成為MOF應(yīng)用解決方案的革新先鋒。

值得注意的是，岳陽興長作為國內(nèi)唯一實現(xiàn)MOF材料百噸級量產(chǎn)的企業(yè)，其MOF材料作為固態(tài)電池電解質(zhì)已向?qū)幍聲r代送樣并進入裝車測試階段。此外，其特種環(huán)氧樹脂（MOF衍生材料）已用于華為、三星的芯片封裝膠黏劑。

從沙漠取水到油田捕碳，從實驗室的“分子樂高”到生產(chǎn)線的規(guī)?；a(chǎn)出，MOF技術(shù)在中國這片土地上，也在書寫著屬于自己的產(chǎn)業(yè)化故事。

新京報零碳研究院研究員陶野

編輯岳彩周

校對柳寶慶

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