阿卜杜拉國王科技大學的研究人員開發出新的MOF 設計方法，一種擁有數百年歷史的拱形石窗建造技術啟發了一種在多孔功能材料–金屬有機框架（MOFs）–中形成客製化奈米級窗戶的新方法，這種方法有望應用於氣體分離和醫療領域。使用分子版的建築拱形”居中模板”，引導形成具有預定形狀和尺寸孔窗的MOFs。

此方法具有多種優勢，可提高MOF 的性能。圖片來源：© 2023 KAUST

以此方法設計和製造的新型MOFs 種類繁多，既有具有氣體分離潛力的窄孔材料，也有因其出色的氧氣吸附能力而具有醫療應用潛力的大孔結構。

領導這項研究的穆罕默德-埃達烏迪（Mohamed Eddaoudi）小組的博士後亞歷山大-薩皮亞尼克（Aleksandr Sapianik）說：”新結構設計中最具挑戰性的目標之一就是精確控制結構的形成。對於網狀化學（將分子構件組裝成多孔晶體材料，如MOFs），研究小組意識到，定心模板概念可能提供精確控制。”

研究的起點是沸石類MOF（ZMOF），它通常具有由稱為超四面體（ST）的構件框起來的五邊形窗口。Sapianik說：”我們的目標是控制ST的排列，使其從這種眾所周知的拓撲結構轉變為以前從未報道過的使用這些構件的拓撲結構。”

研究小組開發了中心結構導向劑（cSDA）來控制ST 排列，並形成新形狀和尺寸的ZMOF 視窗。其中一組cSDA旨在收緊相鄰ST單元之間的角度，從而形成小窗口。另一組cSDA旨在擴大ST單元之間的角度，從而形成更大的窗口。

Eddaoudi 團隊的博士後Marina Barsukova 說：”MOF 孔徑和體積是影響其應用的重要參數。團隊設計的一種大窗口ZMOF（Fe-sod-ZMOF-320）顯示出已知MOF 中最高的氧氣吸附能力。這項特性在醫療和航空航太工業中非常重要，因為高容量可以增加氧氣瓶中的氧氣儲存量，或使氧氣瓶更小，便於運輸。同樣的ZMOF 在儲存甲烷和氫氣方面也表現出色，而甲烷和氫氣都是潛在的燃料。該系列中其他具有窄窗口的ZMOF 在分子混合物的氣體分離方面也顯示出了潛力。”

Eddaoudi 小組的研究科學家Vincent Guillerm 說，cSDA 概念具有多種優勢，可以提高MOF 的表現。他說：”cSDA 將大窗口分隔成更小的窗口，我們的初步研究結果表明，這將有助於化學分離。它還提供了額外的內部孔隙表面，有助於改善氣體存儲，並強化了MOF 框架，從而提高了材料的穩定性。我們開發的中心化方法是網狀化學的另一種強大策略，為能源安全和環境永續性領域應用的按需製造MOFs 提供了巨大潛力。”