從5th EUROMOF看金屬有機骨架最新發展現況(上)：材料世界網

陳鈞振 / 工研院綠能所

第五屆歐洲金屬有機骨架和多孔聚合物研討會(European Conference on Metal Organic Frameworks and Porous Polymer; EUROMOF)此次聚焦於分享及探討新穎孔洞材料—金屬有機骨架之研究發展。主題大致涵蓋了MOF之合成方法、新型結構、理論模擬計算、孔洞材料鑑定技術以及MOF的應用面，包含在吸附、催化、生醫、環境、能源之應用，乃至MOF商業化進展。這次研討會共有8場大會演講、15場專題報告、27場邀請演講、70場口頭報告，以及482篇海報論文展出。在研討會進行同時，亦有業界廠商參展，匯集了國際各廠商之技術與產品。

大會演講紀要

本次大會演講所邀請的講者可說是眾星雲集，皆是研究金屬有機骨架之全球知名學者，學術成就皆非常亮眼及突出。其中包含來自日本京都大學的Susumu Kitagawa教授及美國加州柏克萊大學的Omar Yaghi教授，此兩位在學術圈中盛傳，若以MOF孔洞材料獲得諾貝爾獎，當屬此兩人呼聲最高。以下就八場大會演講之內容作一概述。

1. 軟性多孔性配位高分子/金屬有機骨架之化學及應用 (CHEMISTRY AND APPLICATION OF SOFT PCPS/MOFS)，日本京都大學，Susumu Kitagawa教授

多孔配位高分子(Porous Coordination Polymers; PCP)或稱金屬有機骨架，可解決潔淨能源和環境永續等全球性問題，為一相當具有前景之新興結晶性微孔材料，已廣泛應用於氣體儲存與分離，且可作為輸送容器、感測器、催化劑、超級電容器、場效電晶體(Field-Effect Transistor; FET)、電池、質子傳導等。Kitagawa教授團隊發展第三代(3G) PCP/MOF，即軟性結晶性孔洞材料(Soft Porous Crystals; SPCs)，其具有伸縮性(Flexible)或動態之多孔骨架，可對於外部化學或物理刺激，如光、電、熱等，進行可逆式應答。此一行為與過去所認知第二代PCP/MOF (2G)之不可逆、堅固、剛性骨架大不同。值得一提的是，利用此軟性之特性，並透過控制建構孔洞骨架之有機配體的局部運動，Kitagawa教授團隊發現並開發一種有效機制，以分離性質非常相似、難以分開的氣體混合物，例如氧/氬和輕水/重水同位素體混合物。

本演講對於軟性結晶性孔洞材料之化學性質、目前開發進展，進行重要且易於理解的概述(圖二)。在此基礎上，有利於進一步開發第四代 PCP/MOF，即能交替組合，並同時展現出多種功能之MOF孔洞材料。

2. 配位自組裝：從起源到最新進展 (COORDINATION SELF-ASSEMBLY: FROM ORIGINS TO THE LATEST ADVANCES)，日本東京大學，Makoto Fujita教授

配位化學中的分子自組裝(Molecular self-assembly)技術，在近年來有著爆炸性的發展。在過去的30年裡，Fujita教授研究團隊已經證明，過渡金屬的方形平面幾何構型(90度配位角)與吡啶(Pyridine)橋接配體的簡單組合，可以產生奈米尺寸、獨立有機骨架之量化自組裝。代表性例子包括由原先的單元小分子所自組裝而成的方形分子(1990年)、環形分子(1994年)、籠形分子(1995年)、膠囊分子(1999年)和管形分子(2004年)。Fujita教授研究團隊目前的研究興趣則聚焦在①配位籠中的分子侷限效應，②結晶性多孔複合物中之溶液化學，和③巨型自組裝，如圖三所示。

3. 數位網狀化學 (DIGITAL RETICULAR CHEMISTRY)，美國加州柏克萊大學，Omar Yaghi教授

Omar Yaghi教授研究團隊最近聚焦於網狀化學數位化之研究工作。其團隊持續嘗試應用ChatGPT 和機器學習演算法等技術，加速開發用於水收集和二氧化碳捕獲的新型 MOF。透過實驗室機器人和人工智慧數位工具的開發，可以充分發揮透過強鍵連接分子構建單元以形成擴展化學結構，即網狀化學的全部潛力(圖四)。這種數位化加速了研究進展，對社會產生影響，並闡明以前無法想像的問題。將典型的經驗研究轉化為數據驅動的研究，有望改變網狀化學的現狀。數位網狀化學的四大支柱包含綜合資料庫、計算、實驗發現週期、人機介面，用以高效生成及設計MOF。

圖四、開發數位網狀化學的工具

6. 金屬有機骨架作為光催化劑以產生再生能源 (METAL-ORGANIC FRAMEWORKS AS SOLAR PHOTOCATALYSTS TO PRODUCE RENEWABLE FUELS)，西班牙瓦倫西亞科技大學，Hermenegildo García教授

陽光可以提供足夠的能量為地球提供動力。然而，除了風力渦輪機和光伏電池產生再生電力外，太陽能的其他潛在用途仍未開發。尤其陽光可用於提供能量以進行熱力學上的反應，從而合成燃料。使用太陽光作為主要能源以製備燃料的領域正在被深入研究並且被廣泛地稱為「太陽能燃料」。光催化劑能將光能轉化為化學能。Hermenegildo García教授在簡短介紹太陽能燃料的重要性和目前技術現況後，便將焦點放在介紹MOF的特性，並說明多孔性晶體無機、有機混化材料適合作為光催化劑，同時介紹其研究團隊將MOF應用於水分解產氫和二氧化碳還原領域的研究成果。目前，光催化進行水分解製氫的技術 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。