今年諾貝爾化學獎授予北川進（Susumu Kitagawa）、理查德·羅布森（Richard Robson）與奧馬爾·M·亞吉（Omar M.Yaghi）三位科學家，這不僅是對他們在金屬有機框架（MOFs）領域基礎研究貢獻的高度認可，也標志著該類材料正從實驗室走向廣泛的產業應用新階段。由此，全球學術界與產業界的目光再度聚焦于這一革命性材料。

MOFs，即金屬有機框架材料，是金屬離子或金屬簇與有機配體像“搭積木”一樣通過配位鍵自組裝形成的周期性結晶多孔材料。相較于傳統多孔材料，MOFs在結構與功能上具備顯著的可設計性——通過選用不同的金屬節點（如銅、鋅、鐵等）和有機配體，可在分子層面上精確調控材料的孔徑大小與化學環境。這不僅使其能夠實現極高的比表面積（亞吉教授團隊開發的標志性材料MOF-5，1克材料表面積相當于60個網球場的面積），而且金屬節點或有機配體作為催化活性中心，還能賦予材料對外部刺激（如溫度、壓力）的響應能力，從而展現出“智能”功能特性。因此，在過去十余年中，MOFs的研究已從結構探索邁向性能驅動的應用開發，全球眾多企業與科研機構也都加速推進其產業化進程。本文將從當前國內外主流生產商視角出發，梳理MOFs在若干關鍵領域的產業化應用方向與代表性案例。

一、氣體吸附與分離

MOFs最成熟的產業化應用之一是在氣體吸附與分離領域，尤其在碳吸附、儲氫、天然氣純化等方面展現出巨大潛力。下面介紹以下代表案例：

（1）煙氣碳捕獲——德國巴斯夫（BASF）CALF-20吸附劑

為應對日益嚴峻的氣候變化，利用高效吸附技術捕集二氧化碳已成為關鍵課題。目前，液態胺吸收法與固態吸附劑是兩大主流方案，但均存在明顯瓶頸：前者因胺液的強腐蝕性與解吸過程的高能耗而面臨運營成本與安全挑戰；后者如活性炭與沸石分子篩，則受限于其固定的孔隙結構和較低的吸附選擇性。在此背景下，MOFs可通過精確組合金屬節點與有機配體，設計出僅允許CO₂分子進入的“分子門”，或在孔道內壁設置優先結合CO₂的位點，從而針對性地高效捕獲CO?分子。

目前，這一科學理念已由全球化工巨頭德國巴斯夫成功轉化為規模化工業實踐，其率先實現了專用于碳捕集的MOFs材料——CALF-20的百噸級規模化生產，且已在加拿大多個水泥廠開展了項目部署。據悉，該產品是由鋅離子、1，2，4-三氮唑和草酸根組裝而成的三維多孔結構，其比表面積能達到10000 m2/g，遠遠超過沸石的300-900 m2/g，因此具有極其卓越的吸附容量與選擇性。同時，完整的吸附-脫附循環可在約60秒內完成，且其吸附的CO?僅需85-100℃的低壓蒸汽環境即可實現高效脫附，大幅降低了傳統工藝的再生能耗，顯著提升了捕集效率。除此之外，該材料在經歷高達45萬次的嚴苛循環測試后，顯示出優異的循環穩定性與濕氣耐受性，證明了其具備長期可靠運行的堅固耐用性。

（2）難分離氣體分離——藍殼潔能天然氣乙烷分離項目

當然，上述碳捕獲思路也可用于用于分離工業上一些分子大小、沸點等物理性質高度相似而難以分離的氣體混合物，比如天然氣中甲烷（CH?）、乙烷（C?H6）。目前，北京藍殼潔能通過調節MOFs材料與有機溶劑的類型、配比的調整，已經實現了天然氣中乙烷組分的回收，目前該工藝已完成2000Nm3/天的工業示范項目。與目前的低溫精餾乙烷回收工藝相比，同等規模項目總投資可降低70%以上，單位乙烷產品能耗可降低23%以上。

（2）儲氫——理工清科與氫源智能MOF固態儲氫項目

在清潔能源領域，傳統高壓儲氫技術存在安全性不足、容器要求高和成本難題，而MOF通過其納米級孔道，能在常溫低壓下實現氫的安全吸附與釋放，完美解決了這一瓶頸。在2025年諾貝爾化學獎得主奧馬爾·亞吉以及其弟子北京理工大學王博教授的指導下，理工清科與氫源智能聯合建設了MOF固態儲氫項目，并共同研發的“理工氫源·翠亨1號”無人機，該無人機搭載了全球領先的MOF固體氫電驅動系統，通過物理吸附大量容納氫氣分子，該系統在常溫低壓條件下穩定運作，質量儲氫密度接近10%，驅動無人機續航時長可達同等質量鋰電的3倍以上。值得一提的是，氫源智能MOF固態儲氫項目已率先實現產業化應用，年產值已達3000萬元，完成6億元估值的B輪融資。而理工清科研究院則已建成國內首個MOF材料批量化制備中試平臺，成為全球領先的年產百噸級MOF生產企業之一。

（4）AMC過濾材料

理工清科的“MOFs基AMC過濾材料”突破了高比表面積、活性位點原子級分散等核心技術，解決了半導體行業28nm以下制程芯片生產中氣態分子污染物（AMC）過濾的"卡脖子"難題，性能國際領先，對堿性和酸性氣體的質量吸附比分別較國際龍頭產品提升2倍，已成功應用于中國知名半導體企業，實現了高端過濾材料的國產替代。

（來源：上游新聞）

二、新能源電池

MOFs利用精確設計的孔道結構，能夠從微觀層面解決電池的關鍵瓶頸，目前應用主要集中在提升電池的離子傳輸效率、界面穩定性和能量密度上，如作為固態電解質的核心材料和隔膜涂覆材料、鋰離子電池電極添加劑等。（下列序號部分用模板框起來）

（1）固態電解質核心材料

固態電池是下一代高安全電池的重要方向，將納米MOFs摻入半固態/固態電池及鋰金屬電池的電解質中，利用其規則孔道可為提供離子傳輸的“高速公路”，降低界面阻抗，提升離子離子傳導效率。

（2）隔膜涂覆

鋰電池在充放電過程中會形成的樹枝狀金屬鋰晶體，即鋰枝晶。鋰枝晶生長到一定長度會刺穿電池內部的隔膜，導致正負極直接接觸，引發內部短路。而將MOFs涂覆在隔膜表面，利用其均勻的納米孔道引導鋰/鈉離子均勻沉積，有效抑制枝晶生長，提升電池安全性。

（3）鋰離子電池電極添加劑

MOFs作為電極漿料中的功能添加劑，其特殊孔道和活性位點（如低配位Zr??）能優化電解液環境，固定陰離子、促進鋰離子傳輸，從而提升快充性能和循環壽命。

目前，在新能源的產業化應用上，廣東碳語新材料、浙江藍廷新能源、浙江汶納新材料、岳陽興長石化等均有產業化布局。

（1）碳語新材料：該企業生產的MOFs材料兼具超高孔隙率均勻孔徑以及低密度的優勢，在新能源領域產業化應用上表現強勁。而值得一提的是，碳語新材在空調節能、碳捕集上也有相關布局，目前已形成40+品類的MOFs產品庫，是全球范圍內MOFs品種最豐富的公司之一，同時，也是國內首家實現MOFs千噸級量產的企業，已與多家新能源及環保頭部企業達成合作。

碳語新材料適用于多種新能源電池隔膜涂覆的KAR-02聚合物微球SEM圖

（2）浙江藍廷新能源：24年初，藍廷新能源科技(浙江)有限公司也宣布建成國內首條MOFs材料中試生產線，年產能達10噸，并合成出優質產品，完成了MOFs材料從實驗室克級合成向批量生產的技術跨越。

（3）浙江汶納新材料：該企業由浙江大學杭州國際科創中心（簡稱科創中心）自主孵育，專注于電池領域應用。今年7月，其MOFs 隔膜產線進入中試運行階段，年產能達20噸，并與天津中能鋰業、寧德新能源等展開合作，預計2026年底實現首款隔膜產品商用。

（4）岳陽興長石化：作為傳統石化企業轉型新材料的代表，岳陽長興石化開發的MOFs材料已進入寧德時代的固態電池評測體系，探索作為新型固態電解質或電極材料的可能性。

三、催化領域

MOFs獨特的結構和化學特性使其成為工業領域應用中極具吸引力的多相催化劑，其既可在有機配體中引入特定官能團（如-NH?、-SO?H、-COOH等），或在金屬節點上構建不飽和配位點，創建具有特定酸堿性或氧化還原性的活性中心，也可利用規整孔道可為催化反應提供獨特的微環境，通過空間位阻和傳質限制提高反應選擇性。目前MOFs在如下幾個領域具有較好的產業化前景：

（1）電解水制氫：氫能作為一種清潔能源載體，對實現可持續能源未來至關重要，然而當前氫能主要通過蒸汽甲烷重整（SMR）和煤氣化等化石燃料路線生產，其廣泛應用仍受限于析氧反應（OER）效率低和催化劑成本高的問題。近期，國家納米科學中心趙慎龍課題組通過室溫電沉積制備工藝在MOFs電極規模化制備及電解水應用方面取得新進展，實現了分鐘級快速合成400cm²大尺寸MOFs電極，并將其應用于堿性電解水體系。該電極展現出低至4.11kWhNm^-3H₂的電解能耗，且能夠實現長達5000小時的穩定運行，制氫成本接近商業目標，目前處于產業化突破前夕。

（2）輪胎硫化隔離劑：

作為橡膠行業隔離劑領域始終保持領先地位的企業，青島福諾化工研發了永久性硫化隔離劑，該產品以有機酸金屬離子為中心，通過有機羧酸與帶反應性基團的有機硅分子配位鍵交聯，自組裝形成具有永久性網絡結構的有機硅基MOFs材料。其應用于輪胎中，僅需幾克材料即可覆蓋巨大的輪胎硫化膠囊，形成帶空隙的有機硅薄膜——既保留透氣性與持續韌力，又能在高溫高壓環境下避免硫化輪胎與氣囊黏連，更可連續承受數百次高溫高壓工況仍保持防護效果。目前經過實驗室海量測試與多家全球輪胎巨頭的生產驗證，青島福諾化工已有多種結構的有機硅基 MOFs材料應用于產品端，可根據 PCR（乘用車輪胎）、TBR（載重子午線輪胎）、OTR（工程機械輪胎）等不同品類輪胎的硫化溫度、時間差異，定制生產對應型號的永久性膠囊硫化隔離劑。

小結

從當前國內外領先企業的布局來看，MOFs的產業化應用已不再停留于概念，而是已經在氣體吸附、新能源和高端催化等領域實現了從樣品到產品、從產線到市場的實質性突破，解決上述領域的傳統技術瓶頸或開創全新應用場景中。展望未來，隨著MOFs材料生產成本持續下降、規模化制備工藝日益成熟，其產業化應用將從目前的示范性項目，加速向更廣泛的工業場景滲透。

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