MOF材料与废塑料高值化

方向一、绿色低成本MOF材料的研发、中试与产业化应用

研究背景：金属-有机框架(Metal-organic framework, MOF)是金属中心和有机配体组装成的晶态多孔材料，具有比表面积大、孔隙丰富、结构可设计等优点，在能源、环境、生命等多领域展现出巨大应用潜力，被誉为“下一代新材料”。2025年10月8日，奥马尔·M·亚吉(Omar M. Yaghi)、北川进(Susumu Kitagawa)与理查德·罗布森(Richard Robson)三位科学家因在MOF领域的开创性贡献荣获2025年诺贝尔化学奖。

现有MOF合成技术的痛点是高能耗、高污染、高成本，难点是绿色规模化制备MOF材料以及MOF材料的成型加工。目前MOF材料的产业化应用，受到了企业界的持续关注

研究目的：2017年至今，从在美国德州大学圣安东尼奥分校陈邦林教授课题组做博士后研究开始，从事MOF领域研究，开展MOF研发，降低成本，简化工艺，拓展种类，MOF造粒，推动MOF的放大生产，并推进MOF在能源、环境、生命等领域的产业化应用

研究内容：采用溶剂热、水热法、球磨法、溶液回流、球磨辅助法等策略，实现从实验室100克/天的规模，实验室10公斤/天的小中试规模，到与企业合成的100公斤/天和500公斤/天的中试生产，进一步与企业合作开展1000吨/年和5000吨/年MOF的产业化生产，显著MOF降低成本，累计合成数百种MOF材料，这些涵盖常见的30多种金属、常见的40多种有机配体

研究水平：目前课题组已经掌握常见数百种MOF材料的绿色低成本合成技术，达到国际领先水平

产业化推动：在此基础上，结合客户实际需求，与企业一起推动MOF在污染防护与治理、空气除湿与集水、气体吸附与分离、药物载体与缓释等领域的应用，实现MOF材料的产业化应用

方向二、废弃聚合物升级化学回收

研究背景：1950-2025，全球累计塑料产量达到100亿吨，累计废塑料为80亿吨，其中仅9%被回收。2025年，我国塑料产量超过7000万吨，其中30%被回收利用(2300万吨)，回收总值达2000亿元以上，因此，塑料垃圾是放错位置的资源

研究目的：2010年至今，从在中国科学院长春应用化学研究所唐涛研究员课题组读硕士开始，致力于废弃聚合物的回收利用。在双碳政策下，推动城市和工业废弃聚合物升级化学回收再利用制备高附加值材料，包括单体、碳纳米材料(例如碳纳米管、石墨烯和碳泡沫等)和金属-有机框架(MOF)材料，实现千克或者吨级规模，减少白色污染，推动变废为宝的可持续循环经济发展

研究内容：

第一、废弃聚合物的可控降解，通过催化剂设计，实现塑料大气压下环境氛围的可控降解，将废弃塑料转化为高附加值的化工产品

第二、废弃聚合物的可控碳化，通过催化剂设计和工艺优化，采用组合催化剂法、活性模版法、逐步交联法、小分子盐辅助碳化法、MOF辅助碳化法等新方法，实现废塑料可控碳化制备碳纳米管、石墨烯、碳泡沫、多面体碳和多孔碳等碳材料及其复合材料

第三、废弃聚合物的可控降解，采用一步溶剂热法、两步溶剂热法、溶剂热-溶液搅拌法、两步球磨法、球磨-溶液搅拌法、球磨-溶液回流法、球磨-电化学法等新方法，实现将废弃塑料转化为MOF材料及其复合材料，为高性能、低成本的MOF材料的制备提供新策略

方向三、太阳能界面光热转换与集成应用

研究背景：随着全球能源，环境问题的日益加剧，太阳能光热利用成为广泛关注的焦点问题之一。作为一种普遍存在的太阳能-热能转换过程，太阳能驱动蒸发因其较高的太阳能转换效率和巨大的工业潜力而引起极大关注。近年来，通过将太阳热能转换聚集在空气/液体界面的太阳能驱动界面蒸发已被认为是传统基于整体加热的蒸发的替代方案，其特点在于减少热损失并提高能量转换效率

研究目的：2018年至今，课题组开展太阳能界面水蒸发研究，设计高性能碳材料、多孔聚合物、凝胶基太阳能界面蒸发器，实现高效的太阳能界面光热转换，包括界面光热海水淡化，以及与热电、光催化降解(例如高级氧化技术和芬顿技术)、水蒸发发电、电催化产氢、海水提铀、锂富集、空气集水的集成，为光热海水淡化和偏远地区的淡水制备、绿色电能的获取、环境污染物的治理等提供新策略

研究内容：

第一、废弃聚合物基碳材料和MOF材料的太阳能界面蒸发器

第二、基于MOF、COF和PIM等多孔聚合物及其碳材料的太阳能界面蒸发器

第三、聚合物凝胶基的太阳能界面蒸发器，例如设计新型聚合物凝胶材料，调控水分子的氢键网络，降低水蒸发焓，大幅提高水蒸发性能