陳鈞振 / 工研院綠能所
口頭報告紀要
本次研討會共有15場專題報告、27場邀請演講、70場口頭報告，針對相關報告內容，整理摘要如下：
1. 在濕度存在下應用於二氧化碳捕捉的金屬有機骨架之運算特性和篩選(COMPUTATIONAL CHARACTERISATION AND SCREENING OF METAL ORGANIC FRAMEWORKS FOR CO2 CAPTURE IN THE PRESENCE OF HUMIDITY)
MOF是近年來多孔材料中最令人期待的新興材料之一，由於成功地應用於氣體儲存和分離，比以往更加受到關注。在2021年，Svante研究團隊成功量產CALF-20，該MOF能有效捕捉煙道氣中的二氧化碳，同時在水氣存在下能保持穩定性。Moghadam(本場講者)研究團隊利用分子模擬工具對CALF-20進行研究，其結果顯示出CALF-20優異的氣體吸附特性。同時在劍橋結構數據庫(CSD)中發表結構搜索方法，建立到目前為止已被合成的102種Zr-MOF之結構數據庫，為所有在這個領域的研究人員提供獨特的記錄。
對於已確定結構的MOF，Moghadam研究團隊手動校正了氫氧和水分子在鋯金屬節點上的質子圖譜，並鑑定MOF的結構特性、Brunauer-Emmett-Teller(BET)比表面積和形貌圖譜。重要的是，其團隊針對所研究的MOF進行了系統性的周期性密度泛函理論(DFT)計算，比較了25種不同的基底函數和泛函的組合，以計算用於高通量CO2吸附模擬的骨架部分原子電荷。最後，其團隊引入擴增實境(Augmented Reality, AR)可視化(圖六)，將多孔吸附劑中的吸附現象栩栩如生地呈現，並且動態探索MOFs的氣體吸附位點。
圖六、UiO-66與二氧化碳分子的吸附位點之AR屏幕截圖
4. 金屬有機骨架：從水資源淨化到農業應用 (METAL-ORGANIC FRAMEWORKS: FROM WATER DECONTAMINATION TO AGRICULTURE)
農藥是現今農業發展中所不可或缺的。然而，農藥的過度使用將破壞生態，甚至影響人類健康。噴灑的農藥中有很大比例(10~75％)未能有效利用，且農藥的頻繁使用會導致地表水和地下水的污染，甚至影響飲用水。這是十分重要的議題，因為全球有很大一部分人口正經歷水資源緊缺，全球對飲用水的需求日漸上升。新興有機污染物(Emerging Organic Contaminants; EOCs)，包括藥品和個人護理化學品、工業化合物/副產物、食品添加劑等，成為各式污染源，另外還包括對環境和人類健康具有新的負面影響的新開發化合物。儘管已經提出了幾種新興有機污染物的防治方法，但仍有必要尋找高效解決方案。MOF具有高吸附力、友好環境、可降解、可大規模合成等特性，因而成為環境污染防治的潛力材料。MOF可以應用於水處理，或用於農藥的控制釋放。Horcajada團隊正在開發MOF用於真實污水處理廠污水中，去除EOCs；或者將農藥成份化合物作為MOFs的建構單元，此MOF稱為AgroMOFs，達到對農藥的控制釋放，在提高作物產量和質量的同時，能減少環境污染。其研究結果證實MOF在減少環境污染方面的應用潛力，並展望MOF未來的實際應用(圖九)。
圖九、MOF應用於農藥的污染防治及控制釋放
5. 利用金屬有機骨架進行水氣吸附並應用在循環熱轉換過程 (METAL-ORGANIC FRAMEWORKS, (MOFs) FOR WATER SORPTION FOR CYCLING HEAT TRANSFORMATION PROCESSES)
具有水氣吸附特性的耐水性MOF可以應用於可逆循環水氣吸附，以實現低溫熱轉換應用，發展吸附式熱泵(Adsorption Heat Pumps; AHPs)以取代傳統壓縮系統。利用低階熱源作為驅動能源，AHPs可以顯著幫減少電力消耗。AHPs的工作原理為工作流體的蒸發和連續吸附，而水為良好的工作流體(圖十(a))，此過程由微孔性和親水性驅動和控制。然而對於所需的循環水吸附應用的蒸發、脫附、吸附劑的熱排斥溫度以及冷凝器的特定溫度界限，需要根據親水性/疏水性來調節吸附劑，以達到最佳化的工作條件。Janiak研究團隊使用鋁和鋯MOFs，包括MOF-160/CAU-10-H的混合配體概念(圖十(b))。對於Janiak研究團隊而言，目前MOF商業化應用的最大挑戰之一是將MOF粉狀成型為具有足夠機械和化學穩定性、最大體積密度的塊材、顆粒或表面塗層，同時需保留MOF孔隙度(圖十(c)-(d))。
圖十、(a)吸附式熱泵原理示意；(b)利用混合配體將MIL-160轉變為CAU-10-H的Al-MOF親水性調整；(c)MOF塊材；(d)MOF顆粒
7. 符合循環經濟且具有機械強度的金屬有機骨架成型技術 (MECHANICALLY STRONG SHAPED MOFs；INTRODUCED WITH CIRCULARITY)
MOF在商業應用中長期存在的瓶頸，乃是使用傳統成型技術製備MOF，其會有機械強度不足的問題，這些傳統技術僅適用於其他微孔材料。近年所成立的CatOlyst Chemtech荷蘭新創公司，提供方案解決此一問題。透過與學研單位和觸媒產業合作，CatOlyst Chemtech新創公司現階段致力於串接MOF學術研究與工業應用。成型的MOF需具有足夠的機械和化學穩定性，並同時保持其優越的吸附性能，才能在實場長期應用。根據 ---此為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。