從催化領域來看,催化工藝在化學工業中不可或缺,高效催化劑的開發極受關注,晶態多孔材料憑借其突出優點,在催化反應用中應用廣泛。晶態多孔材料可單獨作為催化劑使用,也可以與金屬、合金、金屬氧化物、多酸等材料相結合,制備新型催化劑。這類催化劑由于將晶態多孔材料與其他材料的優勢相結合,取長補短,催化效果得到提高,并可以實現形狀/位點選擇催化、串聯多步催化等效果。
晶態多孔材料還可以與酶相結合制備催化劑。酶的穩定性較弱,在工作時對環境的要求較高,其應用受到一定限制,可加入添加劑穩定其性能,但會導致其活性下降。并且,酶作為催化劑使用時,會添加金屬離子等激活劑,受相容性、工作環境要求不同等因素影響,酶的催化效果較差。酶與晶態多孔材料相結合,例如將酶負載到MOFs中,其催化性能夠得到大幅提高。
在分離、提純工藝中,膜是重要材料,但晶態多孔材料機械性能及加工性能差,無法制造成膜。將柔性高分子材料與晶態多孔材料相結合,可大幅提升晶態多孔材料的機械性能與加工性能,能夠制造成膜。2020年10月,南開大學化學學院課題組系統總結了晶態多孔材料與高分子通過強相互作用(共價鍵或配位鍵)構建復合材料的研究進展,文章發表在《ANGEW》上。
乙烯、丙烯、丙烷是重要的有機化工原料,全球每年需求量大,在制備高純度產品時,分離工藝需要消耗大量能源。2021年9月,浙江理工大學材料科學與工程學院科學家,通過采用新興晶態多孔材料——氫鍵有機框架材料(HOFs),對丙烯和丙烷氣體分子進行吸附分離,可大幅降低能耗。
新思界
行業分析人士表示,無論是從催化領域來看,還是從吸附、分離、提純領域來看,晶態多孔材料在降本增效方面均具有明顯優勢,并且這兩大領域市場空間大,晶態多孔材料未來具有廣闊發展前景。我國晶態多孔材料相關研究成果不斷增多,政策對行業發展也極為重視,“十四五”國家重點研發計劃“催化科學”重點專項中,基于晶態孔材料的仿酶催化體系研究被列入,將進一步推動行業發展。