多孔氢键有机框架材料的研究进展

王兴刚

（兰州石化职业技术大学，甘肃兰州 730060）

随着社会经济的发展、科学技术的创新，越来越多的新型材料进入到实践领域，满足经济生产、社会生活的基本要求[1]。多孔氢键有机框架是目前成熟的新型材料，其在材料物化属性、材料制备难度以及加工成本等方面表现出极为明显的优势。相关技术团队、生产企业投入大量资源，对多孔氢键有机框架材料开展系统行的研发，逐步形成完善的材料研发、生产机制，满足不同场景下的材料使用需求。基于这种材料研发与使用的实际，本文在论述多孔氢键有机框架材料结构特性与材料特点的前提下，对现阶段合成方法以及应用领域进行总结，旨在理顺思路，为后续多孔氢键有机框架材料的研发升级提供方向性引导。

1 多孔氢键有机框架材料概述

系统分析多孔氢键有机框架材料基本形态与主要特点，有助于工作人员在思维层面形成准确地认知，精准把握其分子结构特性、物化特征，为后续材料合成加工机制的总结以及应用领域的探讨奠定了坚实基础。

1.1 多孔氢键有机框架材料结构分析

多孔氢键有机框架材料主要通过氢键将有机或者金属-有机单元连接起来，形成的一种框架结构，由于氢键的强度较低，材料柔性较强，因此多孔氢键有机框架出现坍塌的机率较大[2]。近些年来，部分技术团队通过刚性几何结构、π-π作用、静电作用，强化分子与分子之间的作用力，定向提升氢键的结构强度，形成多孔氢键有机框材料。基于这种技术理念，在较长的一段时间内，技术团队尝试利用各类有机物单元，进行多孔氢键有机框架材料性能的拓展，经过摸索，使得多孔氢键有机框架材料合成技术日益成熟，材料性状更为稳定，广泛应用于气体吸附、催化、分离以及质子传导等多个领域。

1.2 多孔氢键有机框架材料主要特点

多孔氢键有机框架材料由于自身结构组成以及制备方法的特殊性，与其他材料相比，表现出更为显著的材料特性。多孔氢键有机框架材料制备条件相对简单，可以在较为温和的条件下进行材料合成，这种特点使得多孔氢键有机框架材料的加工难度相对较低，减少了人员、设备等方面的费用支出，增强了多孔氢键有机框架材料的实用属性。同时多孔氢键有机框架材料具备较强的结晶性，合成制备环节生成的过程性材料更容易存储，避免了对生态环境的污染，实现了材料的绿色化属性[3]。多孔氢键有机框架材料，尽管利用刚性结构、静电作用等路径，对氢键进行了结构性的加强，但是由于氢键特殊的分子属性，在外力作用下发生破坏后，仍旧可以利用相关的技术手段，对氢键开展恢复，这种技术特点使得多孔氢键有机框架材料在实践应用环节，表现出较强的可修复性，实现了材料的重复性利用。多孔氢键有机框架材料在加工难度、生产绿色性以及可修复性等方面的材料优势，促进越来越多的行业在材料选择时，倾向于多孔氢键有机框架材料，以更好地满足生态保护、经济发展以及社会生活中对于新材料的使用需求。

2 多孔氢键有机框架材料主要合成方法

经过长时间的技术深耕，多孔氢键有机框架材料合成方法日益多元，对现阶段主流多孔氢键有机框架材料主流合成方法的系统性分析，实现了技术经验的总结，技术方法的完善，对多孔氢键有机框架材料合成方法的创新提供了方向性引导，避免技术升级的盲目性。

2.1 溶剂挥发法在多孔氢键有机框架材料合成中应用

溶剂挥发法在应用过程中，需要技术人员将良溶剂与有机配体按照一定的比例进行溶解，将溶解后得到的混合溶剂放置于小烧杯之中。通过静置处理的方式，使得溶剂逐步挥发形成多孔氢键有机框架材料晶体，出于提升结晶速度以及结晶质量的考量，可以在烧杯口的位置套装过滤纸，以此来达到控制溶剂挥发速度的目的。溶剂挥发法往往要求在常温下进行静置挥发，这就要求技术人员在溶剂选择过程中，应当选择沸点较低的溶剂品类，以此来缩短多孔氢键有机框架材料静置周期，减少等待时间。溶剂挥发法在多孔氢键有机框架材料合成制备过程中，尽管制备的周期相对较长，但是获得的材料晶体粒径较大，符合后续的使用需求，降低了多孔氢键有机框架材料加工制备的难度[4]。

2.2 扩散法在多孔氢键有机框架材料合成中的应用

目前多孔氢键有机框架材料合成中的扩散法主要包括气相扩散法以及液相扩散法两种。气相扩散法在应用环节，技术人员将有机配体溶解在沸点较高的良性溶剂之中，溶解操作完成后，通过挥发扩散的方式，将三乙胺、吡啶等挥发性不良的溶剂输送到制定的密封性容器内，借助挥发性不良溶剂的析出作用，形成多孔氢键有机框架材料晶体。目前在多孔氢键有机框架材料气相扩散法应用过程中，主要采用大瓶套小瓶的方式，以保证制备环节的密封性，所选用的良性溶剂以及不良性溶剂，在品类选择上，应当做好鉴别，保证两种溶剂的可溶性。在液相扩散法的应用过程中，技术人员需要率先确定不同类型的反应物，确定反应界面，在反应界面的附近区域采取溶剂扩散的方式，对反应流程的进行速度做好调控，避免反应速度过快或者过慢的情况发生。从过往的经验来，液相扩散法对于氢键、受体的溶解速度较慢，剧烈程度较低，可以更好地保证多孔氢键有机框架材料晶体的质量与形状特征。在某些对多孔氢键有机框架材料晶体质量要求较高的生产加工任务中，多数生产加工企业会选用扩散法进行多孔氢键有机框架材料的合成与制备。

2.3 溶剂热合成法在多孔氢键有机框架合成中的应用

溶剂热合法在多孔氢键有机框架材料合成环节，技术人员需要对整个生产条件进行精准化管控，从过往经验来看，溶剂热合法以高温高压作为主要的反应条件，通过温度、压力要素的控制，以实现溶解度的提升，缩短整个多孔氢键有机框架材料合成的时间周期。因此在实际的操作环节，技术人员应当在科学性原则、实用性原则的框架下，对整个合成反应流程做出适当的调整，避免温度、压力等因素调控不精准，引发合成质量问题[5]。除了做好反应条件的管控之外，技术人员还需要选择恰当的反应溶剂，目前使用频率较高的溶剂主要有DMSO、NMP等几大类，这些溶剂的属性很好地契合溶剂热合成法的反应机理，具有较强的实用性。目前溶剂热合法应用过程中，技术人员可以利用真空封管法、反应釜法等技术方案，来完成多孔氢键有机框架材料的合成任务。真空封管法应用环节，技术人员将称量好的有机配体、溶剂放入到反应容器之中，利用超声设备，加速反应物的溶解，溶解完成后，将混合物输送到烘箱内，利用烘箱的高温、高压环境，完成多孔氢键有机框架材料晶体的制备。反应釜法在应用环节，技术人员需要将完成配比操作的原料，放入反应釜的内衬之中，在此基础上，加入有机溶剂，采取密封处理后，将反应釜放入烘箱之中，对烘箱温度进行设定，烘箱根据设定的温度，通过温度条件要素的控制，加速多孔氢键有机框架材料晶体析出的速度。

3 多孔氢键有机框架材料的应用领域

多孔氢键有机框架材料应用领域的探讨，进一步细化了材料应用范畴，逐步明确多孔氢键有机框架材料应用环节的注意事项，确保了其在相关领域的针对性应用，提升多孔氢键有机框架材料的实用性，促进其实践价值的充分发挥。

3.1 多孔氢键有机框架材料在气体存储与分离中的应用

多孔氢键有机框架材料可以用于气体的存储，在实际的应用环节，技术人员可以根据存储气体的性状，对多孔氢键有机框架材料孔道内部进行必要的调整，以持续提升多孔氢键有机框架材料对于气体的存储能力。从过往经验来看，多孔氢键有机框架材料对于二氧化碳、乙烯等气体具有较强吸附能力。以二氧化碳吸附为例，多孔氢键有机框架材料自身的孔道尺寸较大，晶体结构可以与二氧化碳的分子结构发生较强的相互作用，进而增强二氧化碳的气体吸附效果，完成二氧化碳的快速处理。与传统的气体存储与分离方式相比，多孔氢键有机框架材料的实用性较强，操作难度较低，控制了成本投入，可以较好地提升气体分离的成效，对于后续气体存储、应用等活动的开展提供了技术支持。

3.2 多孔氢键有机框架材料在光谱技术中的应用

多孔氢键有机框架材料在进行光谱技术应用环节，技术人员利用LB技术，以二十碳酸作为辅助，对多孔氢键有机框架材料进行相应的处理，在相关技术的支持下，多孔氢键有机框架材料形成多层堆叠，这种结构的优化调整，使得光谱膜层逐步保护，多孔氢键有机框架材料作为光谱技术的中间性产物，其可以提升光谱膜层保护能力，并且降低光谱技术的生产难度，压缩生产成本。

3.3 多孔氢键有机框架材料在质子传导中的应用

质子导体作为燃料电池的重要组成，通过多孔氢键有机框架材料，可以加强燃料电池内部质子交换速度，交换速度的持续性提升，实现了燃料电池性能的改善，提升了燃料电池的实用性，对于汽车工业的发展有着极大的推动作用。在实际的应用环节，为了更好地发挥多孔氢键有机框架材料的材料优势，技术人员应当结合现阶段燃料电池的运转方式以及结构组成，从技术角度出发，有针对性地调整技术思路，优化技术手段，将多孔氢键有机框架材料与燃料电池的所涉及的各类材料进行组合搭配，充分利用多孔氢键有机框架材料的结构特性，提升燃料电池的性能，以确保多孔氢键有机框架材料，可以更好地发挥其在质子传导方面的应用，以实现燃料电池性能的稳步提升。

4 结束语

多孔氢键有机框架材料的研发与应用的阶段性总结，实现了材料研发技术、实践应用方法要点的明确。从整体层面来看，对于多孔氢键有机框架材料的合成技术的升级有着较强的指导价值，推动了技术研发体系的健全与完善，对于后续多孔氢键有机框架材料的应用提供了方向性引导，在很大程度上，促进了多孔氢键有机框架材料产业的成熟。