UiO系列金屬有機(jī)骨架的合成方法及其吸附應(yīng)用*

張 靜，劉 潔

(蘇州科技大學(xué) 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院， 江蘇 蘇州 215009)

0 引 言

金屬有機(jī)骨架(MOFs)是一類(lèi)由金屬離子與有機(jī)配體連接的三維多孔晶體材料[1]。1995年，Yaghi課題組[2]首次提出MOFs的概念，他們合成了一種三維的銅基MOFs，此后MOFs作為一種新型材料快速發(fā)展。一般來(lái)說(shuō)，MOFs是中心金屬離子結(jié)合有機(jī)配體形成，二者自組裝形成孔徑可控的新型材料，其具有高比表面積[3]、高孔隙率、結(jié)構(gòu)多樣、開(kāi)放的金屬位點(diǎn)和化學(xué)可修飾性等優(yōu)點(diǎn)[4]。由于MOFs材料在進(jìn)行廢水處理時(shí)需要與水中的水分子接觸，所以MOFs材料的穩(wěn)定性已經(jīng)成為了該處理工藝實(shí)施的基本前提。由于水中的金屬離子與配體分子之間配位鍵不穩(wěn)定，大多數(shù)MOFs在水環(huán)境中較易分解，因而研究高水穩(wěn)定性的MOFs已經(jīng)成為了當(dāng)前的研究重點(diǎn)[5]。通常情況下，具有較高水穩(wěn)定性的MOFs應(yīng)具有強(qiáng)配位鍵或者顯著的空間位阻，用來(lái)防止破壞金屬-配體配位鍵水解反應(yīng)的發(fā)生。如UiO系列MOFs，即以Zr4+與羧酸鹽配體(如對(duì)苯二甲酸)反應(yīng)所得到的MOFs，擁有防止水分子破壞作用的強(qiáng)配位鍵。

UiO系列[6]最早是由Lillerud 課題組合成并命名的,是奧斯陸大學(xué)(University of Oslo)的縮寫(xiě)。UiO系列MOFs是以鋯為金屬中心，對(duì)苯二甲酸等為有機(jī)配體組合而成，最常見(jiàn)的為UiO-66、UiO-67、UiO-68、UiO-69等，它們雖然配體不同，但擁有相似的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[7]。其中UiO-66是由八面體金屬離子簇Zr6O4(OH)4和12個(gè)對(duì)苯二甲酸配體通過(guò)Zr-O鍵自組裝形成。正八面體中心孔籠和八個(gè)四面體角籠為主體，構(gòu)成一種類(lèi)似三角形構(gòu)造的三維金屬有機(jī)骨架材料。UiO-67[6]具有相似的結(jié)構(gòu)，但它使用聯(lián)苯-4，4′-二羧酸連接物代替對(duì)苯二甲酸。利用HCl或一元羧酸等作為分子調(diào)節(jié)劑，可以很容易地操縱框架以產(chǎn)生連接劑或團(tuán)簇缺失，從而增加比表面積和孔隙體積[8]。這些MOFs的衍生物可由具有官能團(tuán)的連接劑合成，如胺[9]、鹵素、羥基[10]或亞硝基等。由于結(jié)構(gòu)的特殊性使得UiO系列MOFs的結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性[11]?；谠撎匦?，UiO系列MOFs被廣泛應(yīng)用于催化[12]、氣體吸附分離[13]、液相吸附有機(jī)污染物、光電[14]等領(lǐng)域。本文綜述了UiO-66、UiO-67和UiO-68等的合成方法，詳細(xì)介紹UiO系列MOFs在吸附方面的具體應(yīng)用。

1 UiO系列MOFs的合成方法

因UiO系列MOFs較為優(yōu)異的性能，目前關(guān)于其研究大幅度提升，科學(xué)工作者們探索了多種合成手段，主要包括溶劑熱法、微波輔助合成法、機(jī)械碾磨法、電化學(xué)法、持續(xù)流法以及干膠轉(zhuǎn)化法等。

1.1 溶劑熱法

溶劑熱法是指以有機(jī)物為溶劑，在一定溫度和壓力下，原始反應(yīng)物混合后進(jìn)行反應(yīng)的一種合成方法，采用的主要裝置為高壓釜。其特點(diǎn)是合成產(chǎn)物的純度相對(duì)較高、分散性較好、晶形好并且生產(chǎn)成本相對(duì)較低。UiO系列MOFs的首次合成[6]就采用的溶劑熱法。將ZrCl4分別與對(duì)苯二甲酸、聯(lián)苯-4，4′-二羧酸和二羧酸三聯(lián)苯混合后溶解于DMF溶液中，并轉(zhuǎn)移至高壓釜中，120 ℃下加熱24 h，反應(yīng)結(jié)束后，將所得混合液冷卻至室溫。離心、洗滌并干燥后得產(chǎn)物。在反應(yīng)體系中加入苯甲酸或乙酸等單齒配體作為分子調(diào)節(jié)劑使其與橋連配體發(fā)生配位競(jìng)爭(zhēng)，從而調(diào)節(jié)配位過(guò)程，得到粒徑相對(duì)較大的晶體[15]。采用相同的方法，改變配體種類(lèi)可合成UiO-66-(OH)2[16]、UiO-66-NH2[9]、磁性UiO-66-NH2[17]、UiO-66-COOH[10]、Fe3O4@SiO2UiO-66(MFC-O)[18]、UiO-66-N3[19](Zr6O4OH4(C8H3O4-N3)6)等。

1.2 微波輔助合成

微波輔助合成是制備MOFs的另一種選擇，在微波合成中，反應(yīng)介質(zhì)內(nèi)部通過(guò)介電加熱產(chǎn)生熱量，可以引發(fā)均勻、強(qiáng)烈的加熱，促進(jìn)MOFs合成過(guò)程中的成核和晶體生長(zhǎng)[20]，它擁有傳統(tǒng)加熱法無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，制備樣品時(shí)間短，能夠防止晶型的轉(zhuǎn)變和晶粒間的團(tuán)聚，所得材料細(xì)小，形狀規(guī)則且分布均勻。Li等[21]以ZrCl4為原料，采用微波輔助法，反應(yīng)時(shí)間僅為120 min，制備的UiO-66產(chǎn)率約為90%，且產(chǎn)物具有良好的液相吸附性能。Vo等[22]以HCOOH、CH3COOH、CH3CH2COOH和C6H5COOH為分子調(diào)節(jié)劑，在微波輔助連續(xù)流動(dòng)下，通過(guò)快速調(diào)制合成制備了UiO-67(Zr)MOFs。同時(shí)采用相同的方法也制備了UiO-67[19]、UiO-68[23]、UiO-66-NH2[24]、UiO-66-Cr[25]、Hf-UiO-66[26]等，但目前為止該合成方法還處在實(shí)驗(yàn)室階段，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工廠生產(chǎn)還有待進(jìn)一步的研究。

圖1 連續(xù)流動(dòng)微波輔助合成UiO-66示意圖[27]Fig.1 Schematic diagram of continuous flow microwave assisted synthesis of UiO-66

1.3 機(jī)械碾磨法

機(jī)械研磨法是利用固態(tài)反應(yīng)物在研磨過(guò)程中高剪切和高強(qiáng)度碰撞瞬間產(chǎn)生的溫度和壓力，引發(fā)局部、非均相反應(yīng)的一種方法。它通常被認(rèn)為是一種無(wú)溶劑(或少溶劑)的綠色合成方法，從根本上緩解了有機(jī)溶劑所造成的環(huán)境污染，且許多機(jī)械研磨所發(fā)生的反應(yīng)在常溫或低溫下便可進(jìn)行，反應(yīng)條件相對(duì)溫和，而且該合成方法產(chǎn)率較高，反應(yīng)時(shí)間相對(duì)較短，在一定程度上提高了反應(yīng)和分離速率，節(jié)約了成本[28]。Uzarevic等[29]首次采用機(jī)械研磨法合成了粉末狀的UiO-66與UiO-66-NH2，其中UiO-66合成時(shí)間為75 min，所得產(chǎn)物比表面積可達(dá)1 000 m2·g-1左右；而UiO-66-NH2合成時(shí)間僅為45 min。然而，研磨法合成的樣品可能存在一些雜質(zhì)，這些雜質(zhì)含量較低而難以通過(guò)粉末X射線衍射等方法檢測(cè)。但由于其操作簡(jiǎn)單、成本低、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，該合成方法在MOFs的合成過(guò)程中仍存在一定的應(yīng)用[7]。

1.4 電化學(xué)法

MOFs的電化學(xué)合成是由巴斯夫的研究人員于2005年首次報(bào)道的[30]，此方法在合成過(guò)程中避免鹽的使用，減少合成時(shí)間。電化學(xué)合成所使用的溫度(110 ℃)低于目前報(bào)道的使用微波輔助加熱和溶劑熱法等方法合成時(shí)所需的溫度[31]。根據(jù)不同的合成機(jī)理[32]，電化學(xué)合成方法分為陽(yáng)極合成法和陰極合成法。前者的反應(yīng)機(jī)理是陽(yáng)極溶解產(chǎn)生的金屬離子與溶液中的有機(jī)配體自組裝形成MOFs材料，而后者是通過(guò)添加金屬鹽來(lái)獲得金屬源，在陰極附近形成堿性梯度，促進(jìn)有機(jī)連接劑的去質(zhì)子化，使有機(jī)連接劑和金屬離子自組裝在陰極表面產(chǎn)生MOFs。電化學(xué)合成克服了傳統(tǒng)溶劑熱反應(yīng)所需高溫高壓的缺點(diǎn)，為大規(guī)?？焖俸铣蒛iO系列MOFs提出了新的思路,圖2即為電化學(xué)合成UiO-67的原理圖。Wei等[34]研究報(bào)道了一種在室溫和常壓下合成UiO-66-NH2的電化學(xué)方法，討論了反應(yīng)條件對(duì)電化學(xué)合成UiO-66-NH2的影響。結(jié)果表明，該法可在1 h內(nèi)快速合成納米級(jí)UiO-66-NH2材料。此外，電化學(xué)方法相比于溶劑熱法合成的UiO-66-NH2來(lái)說(shuō)使用成本較低。通過(guò)優(yōu)化反應(yīng)溫度、電壓以及時(shí)間等條件后，電化學(xué)合成的UiO-66-NH2具有結(jié)晶度高、形貌均勻、孔隙率高等優(yōu)點(diǎn)。

圖2 電化學(xué)方法合成UiO-67的原理圖[33]Fig.2 Schematic diagram of UiO-67 synthesized by electrochemical method

1.5 持續(xù)流法

由于上述MOFs合成方法只能進(jìn)行小批次合成，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，因此研究一種大規(guī)模制備方法成為目前的研究重點(diǎn)。持續(xù)流法作為一種常用的化學(xué)合成方法引起廣泛關(guān)注，不僅使得大批次合成成為可能，也極大地增加了表面積，有效改善了反應(yīng)體系的傳熱與傳質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)了快速、高效合成[35]。Rubio-Martine M等[36]按照該方法合成UiO-66,如圖3所示，將ZrCl4和對(duì)苯二甲酸分別溶解在DMF溶液中用泵抽取，在盤(pán)管反應(yīng)器中加熱混合，然后經(jīng)過(guò)反壓調(diào)節(jié)器流入密閉容器中,所得產(chǎn)物經(jīng)過(guò)DMF清洗后在甲醇中浸泡2天即得到UiO-66，產(chǎn)率為67%。整個(gè)系統(tǒng)能夠精確控制反應(yīng)參數(shù)，制備UiO-66的理論速率為672 kg·m-3·d-1。

圖3 用于生產(chǎn)MOFs的通用流程反應(yīng)器設(shè)置示意圖[36]Fig.3 Schematic diagram of general process reactor setup for MOFs production

1.6 干膠轉(zhuǎn)化法

干膠轉(zhuǎn)化法[37]是目前一種環(huán)境友好的合成多孔材料的方法，與相同規(guī)模的溶劑合成相比，它可以合成納米到微米尺寸的UiO-66、UiO-67等，具有高結(jié)晶度、高比表面積，且能提高產(chǎn)量、可連續(xù)生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。Lu等[38]首次以乙醇/丙酮為溶劑，在不添加酸和鹽的情況下采用干膠轉(zhuǎn)化法合成了UiO-66，如圖4所示，將四氯化鋯和對(duì)苯二甲酸碾磨后放置在一個(gè)由聚四氟乙烯支架支撐的聚四氟乙烯杯中，隨后，杯子和支架放置在一個(gè)裝有10 mL溶劑(乙醇、水、丙酮)的更大的聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓釜中，100 ℃下結(jié)晶24 h，反應(yīng)產(chǎn)物使用溶劑進(jìn)行洗滌干燥后可制備得到比表面積為1 461 m2·g-1的 UiO-66，產(chǎn)率為65%。為縮短反應(yīng)時(shí)間，Niels Tannert等[39]采用微波輔助干膠轉(zhuǎn)化法合成UiO-66，以濃鹽酸(37%)為模板劑，反應(yīng)時(shí)間可以減少1 h，所得產(chǎn)物比表面積為1 195 m2·g-1，產(chǎn)率為76%。

圖4 干膠轉(zhuǎn)化法制備UiO-66的合成路線[38]Fig.4 Synthesis route of UiO-66 by dry glue conversion

2 UiO系列MOFs在吸附方面的應(yīng)用

與傳統(tǒng)的吸附材料相比，MOFs材料不僅擁有較大的比表面積，而且克服了以鋁硅酸鹽和鋁磷酸鹽為主的無(wú)機(jī)多孔材料孔徑分布寬、孔容小以及材料性質(zhì)不穩(wěn)定等缺點(diǎn)[40]。而相比于其他的MOFs來(lái)說(shuō)，UiO系列MOFs擁有較高的水穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，已被國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于吸附領(lǐng)域的研究。

2.1 對(duì)重金屬離子的吸附

在過(guò)去幾十年中，重金屬離子的排放日益增加，由于重金屬離子易富集且不易降解，對(duì)人類(lèi)和水生生物產(chǎn)生不利的健康影響，在全球范圍內(nèi)引起廣泛的關(guān)注[41]。由于吸附法操作簡(jiǎn)單、高效、節(jié)能且吸附劑可循環(huán)利用，從而在含重金屬?gòu)U水的處理以及重金屬回收利用等領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用[42]。吸附劑的選擇是目前關(guān)注的重點(diǎn)，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)高效可重復(fù)利用的吸附劑已成為當(dāng)今社會(huì)的迫切需要。UiO系列MOFs已經(jīng)作為新型吸附劑被國(guó)內(nèi)外廣泛研究，如表1所示。大量研究顯示添加側(cè)鏈基團(tuán)可使材料功能化以提高其吸附性能，UiO-66對(duì)于汞離子的吸附主要是依賴(lài)于通過(guò)孔隙分布的物理吸附,與UiO-66相比，氨基功能化UiO-66-NH2會(huì)增加其吸附位點(diǎn)，對(duì)汞的吸附在313 K下達(dá)到最大吸附容量(223.8 mg·g-1)，該過(guò)程主要為化學(xué)吸附[9]。而使MOFs功能化的方法除了改變配體直接合成外，還可以通過(guò)后合成改性的方法，Saleem等[44]在材料的孔隙中賦予UiO-66骨架以懸垂的含硫基團(tuán)使其功能化，與UiO-66和UiO-66-NH2相比，材料的孔隙率雖有所降低，但是對(duì)重金屬離子Cd2+、Cr3+、Hg2+和Pb2+表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附能力，且明顯優(yōu)于母體UiO-66和UiO-66-NH2，可能是由于硫?qū)χ亟饘匐x子的高親和力。

為了進(jìn)一步增強(qiáng)UiO系列MOFs對(duì)金屬離子的吸附容量，Huang等[45]制備了巰基功能化磁性Zr-MOF(MFC-S)，在pH=3的水溶液中對(duì)Hg2+具有較高的選擇性親和力和較高的吸附容量(282 mg·g-1)，且MFC-S還具有良好的穩(wěn)定性和可循環(huán)性。Morcos G S等[46]首次報(bào)道了氨基硫脲修飾MOFs，將UiO-66和UiO-67與氨基硫脲分別接枝，并將其用于對(duì)Pb2+的吸附，發(fā)現(xiàn)其吸附能力可達(dá)246和367 mg·g-1。對(duì)MOFs材料進(jìn)行復(fù)合也是提升其吸附能力的一種有效手段，如UiO-66-NH2-PAM-PET[47]復(fù)合材料合成簡(jiǎn)便、對(duì)Pb2+具有更高的吸附能力，且在實(shí)際水處理中具有較好的應(yīng)用前景。但目前應(yīng)用于金屬離子吸附的MOFs大都采用溶劑熱法合成，耗時(shí)久、成本高、會(huì)造成環(huán)境污染且無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，所以應(yīng)探索更為簡(jiǎn)便且綠色的合成方法來(lái)制備MOFs，并將其應(yīng)用于金屬離子的吸附。

表1 UiO系列MOFs對(duì)重金屬離子的吸附性能

2.2 對(duì)有機(jī)物的吸附

有機(jī)物目前被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，在一定程度上會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害，從而影響人類(lèi)和動(dòng)物的健康，需要妥善處理。利用UiO系列MOFs去除水中有機(jī)物已引起國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，主要包括對(duì)藥物和有機(jī)染料等的吸附。Vo T K等[27]研究了在不同溫度下，將UiO-66(Zr)樣品進(jìn)行甲苯吸附，室溫下最高吸附容量為130 mg·g-1。功能化后的MOFs可進(jìn)一步提高其對(duì)有機(jī)物的吸附性能，Liu等[56]研究了氨基功能化UiO-66-NH2對(duì)于阿莫西林(AMX)的吸附機(jī)理，其吸附主要依賴(lài)于Lewis酸堿相互作用、π-πEDA和n-πEDA相互作用、氫鍵和π-氫鍵、靜電相互作用和分子吸引等5種相互作用。Zhang等[17]揭示了磁性UiO-66-NH2作為吸附劑有效去除水楊酸(SA)和阿司匹林(ASA)的應(yīng)用。除了側(cè)鏈基團(tuán)的引入，復(fù)合材料也是提高吸附性能的一種手段，Xiang等[57]制備了復(fù)合材料E.coli@UiO-67，其對(duì)雙酚A也有較高的吸附能力(402.930 mg·g-1)，可能是由于具有大孔徑和缺陷的復(fù)合材料可以有效地改善質(zhì)量傳輸和活性分子金屬位點(diǎn)。

UiO系列MOFs對(duì)有機(jī)染料吸附的研究也受到廣泛關(guān)注。Mohammadi A A等[58]利用UiO-66吸附亞甲基藍(lán)(MB)，吸附量為91 mg·g-1。相同的反應(yīng)條件下，通過(guò)改變配體，Shen等[59]合成UiO-67并將其用于MB的吸附，其吸附效率可達(dá)97.30%。由于功能化修飾的磁性Zr-MOFs可進(jìn)一步提高有機(jī)染料的吸附容量，Huang等[60]利用不同的前配體成功合成了Fe3O4@SiO2@UiO-66以及Fe3O4@SiO2@UiO-66-NH2(NFC-N)和Fe3O4@SiO2@UiO-66-Urea(NFC-O)，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，NFC-N對(duì)MB的吸附容量達(dá)128 mg·g-1，而NFC-O對(duì)甲基橙(MO)的吸附容量為219 mg·g-1，且經(jīng)過(guò)六次循環(huán)后吸附量基本不變。但目前MOFs材料對(duì)有機(jī)物的吸附主要集中于對(duì)單一污染物的吸附，而在實(shí)際水樣中污染物往往是兩種或多種的，在這種情況下，MOFs的吸附效果、影響因素、吸附機(jī)制多種污染物之間是否存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系仍有待研究。

2.3 對(duì)氣體的吸附

通過(guò)合理選擇有機(jī)配體、官能團(tuán)以及將MOFs與其他材料復(fù)合來(lái)調(diào)整其孔隙大小及物理化學(xué)性質(zhì)，可以提高M(jìn)OFs材料對(duì)氣體的吸附性能及選擇性。Rada Z H等[61]通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到，UiO-66-NH2比UiO-66-NO2具有更高的CO2和CH4吸附能力。此外，在UiO-66-NO2中加入-NH2官能團(tuán)可以增強(qiáng)CO2和CH4的吸附，這是由于-NH2官能團(tuán)具有額外的CO2吸附位。而向UiO-66-NH2中加入-NO2官能團(tuán)在低負(fù)載條件下會(huì)增加CO2和CH4的吸附，但在高負(fù)載下會(huì)降低吸附。與原始UiO-66-NH2相比，聚乙烯亞胺修飾的UiO-66-NH2(PEIC96@UiO)[62]具有明顯的CO2/N2吸附選擇性和較高的CO2吸附容量，盡管其比表面積有所減少，但仍能保持快速的CO2吸附和解吸速率。Policicchio A等[63]研究表明，在合成UiO-66的過(guò)程中加入少量的納米石墨相，會(huì)導(dǎo)致孔隙率顯著增加(30%)，從而形成<0.5 nm的超微孔和>0.7 nm的孔洞，這些增加了H2、CO2、C2H4和C2H6在復(fù)合材料上的吸附量。Daraee M等[64]將UiO-66與石墨烯(GO)通過(guò)水熱反應(yīng)生成復(fù)合材料，在30 ℃時(shí)對(duì)H2S的吸附量最大，是UiO-66的3倍。Chang等[65]通過(guò)在UiO-66中構(gòu)建協(xié)同雙鋰位點(diǎn)來(lái)提高對(duì)CO2的選擇性，對(duì)比原始的UiO-66,其對(duì)于氣體的吸附容量也明顯提高。

UiO系列MOFs在H2的高效儲(chǔ)存方面也得到了廣泛應(yīng)用。Zhao等[66]合成了UiO-66用于儲(chǔ)存H2，在中等壓力下儲(chǔ)氫量相對(duì)較低，但隨著壓力的升高，儲(chǔ)存H2的能力也隨之增強(qiáng)。隨著比表面積的增大，MOFs的儲(chǔ)氫能力也隨之增強(qiáng)，Zhong等[67]合成了比表面積相對(duì)較大的UiO-67，對(duì)H2的儲(chǔ)存和分離效果明顯優(yōu)于UiO-66，且對(duì)CO2和CH4也具有良好的吸附性能。制備MOFs的復(fù)合材料也可增加其比表面積，從而提高儲(chǔ)氫能力，Bambalaza S E等[68]通過(guò)溶劑熱法將石墨烯和UiO-66復(fù)合，表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性，比表面積增至1367 m2·g-1，對(duì)H2的儲(chǔ)存能力明顯高于原始UiO-66。

由于在目前的研究中，MOFs材料通常在高壓下對(duì)氣體的吸附容量較高，而在常壓下的吸附性能相對(duì)較差，之后可將研究方向集中在穩(wěn)定性及常壓下的吸附性能方面。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜述了UiO系列MOFs的合成方法以及其在吸附方面的應(yīng)用。雖然UiO系列MOFs及其復(fù)合材料作為一種新興的多孔雜化材料，具有較好的穩(wěn)定性、優(yōu)異的微觀結(jié)構(gòu)以及其他材料都無(wú)法比擬的結(jié)構(gòu)可控和易功能化的特性，在吸附研究領(lǐng)域中得到了廣泛研究，并取得了較好的吸附效果，但其作為吸附劑還應(yīng)在合成具有更高化學(xué)穩(wěn)定性、良好選擇性、超強(qiáng)吸附特性和更好的可重用性等的新型MOFs方面進(jìn)行大量的研究。因此，今后可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)一步展開(kāi)研究：

(1)探索綠色環(huán)保、低能耗、工藝簡(jiǎn)單、結(jié)晶度高，適合大規(guī)模生產(chǎn)MOFs的合成方法。

(2)在去除金屬離子、有機(jī)物及氣體時(shí)，應(yīng)選擇大于污染物孔徑的MOFs。探索能夠精確控制MOFs體積和孔徑的合成方法。

(3)由于MOFs是由金屬離子和有機(jī)配體構(gòu)成的，合成方法大都采用有機(jī)溶劑，可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定危害?？蛇M(jìn)一步研究MOFs本身的危害及其在實(shí)際水樣中的具體應(yīng)用。

(4)設(shè)計(jì)具有更高穩(wěn)定性、更強(qiáng)吸附能力的MOFs材料。純MOFs的吸附能力大多較弱，通過(guò)對(duì)純MOFs的改性，如引入官能團(tuán)、將MOFs覆載到如石墨烯等其他材料上，可以提高材料的穩(wěn)定性以及吸附性能，通過(guò)摻雜磁性金屬材料可提高M(jìn)OFs的重現(xiàn)性等。