2025年諾貝爾化學獎花落金屬有機框架（MOFs）領域的三位科學家，讓這種被稱為“分子海綿”的新型材料走進了大眾視野。對于不少非材料領域的讀者來說，MOFs可能還是個陌生的名詞，它究竟是什么？能應用在哪些行業？又有哪些高效的制備方法？今天我們就來一一拆解，重點聊聊那艾儀器噴霧干燥技術在MOFs制備中的三個典型案例。

簡單來說，金屬有機框架（MOFs）是由無機金屬中心（金屬離子或金屬簇）與橋連的有機配體通過自組裝形成的多孔晶體材料，具有三維網絡結構和大量空腔。它最神奇的地方在于超高的孔隙率（自由空間占比可達90%）和超大的比表面積，一克MOF的內部表面積甚至相當于兩個橄欖球場，這讓它擁有極強的吸附能力，就像一塊能精準捕捉特定分子的“海綿”。更關鍵的是，通過改變金屬離子和有機配體的種類，就能靈活調控MOFs的孔徑大小和功能基團，從而適配不同的應用場景，這也是它能在多個行業大展拳腳的核心原因。

從行業應用來看，MOFs的“多才多藝”令人驚嘆。在能源化工領域，它是碳捕集與封存（CCS）的核心材料，能高效吸附工業排放中的二氧化碳，巴斯夫已實現規模化生產并應用于鋼鐵、水泥等行業的減排項目；在生物醫藥領域，它可作為藥物載體實現精準遞送和緩釋，還能用于吸入制劑的研發；在環保領域，它能高效吸附水體和空氣中的污染物，甚至可用于極端環境下的水分收集，被喻為“水分子獵人”；此外，它還在電子材料、氣體儲存、催化反應等領域擁有廣闊前景，比如我國企業研發的MOF材料已作為固態電池電解質進入裝車測試階段。

要讓MOFs的優異性能落地應用，高效的規模化制備技術至關重要。噴霧干燥技術憑借工藝簡單、干燥快速、可連續生產的優勢，成為MOFs制備的熱門選擇——它能將溶液、懸浮液等物料瞬間干燥成粉狀或顆粒狀產品，尤其適合熱敏性物料，且易于工業化放大。下面我們就通過三個詳細案例，看看噴霧干燥技術是如何制備不同類型MOFs的。

第一個案例是空心多晶ZIF-8的 aqueous體系噴霧干燥制備。ZIF-8是MOFs家族中研究最廣泛的成員之一，具有優異的化學穩定性和獨特的“門控”吸附功能，在氣體分離領域應用廣泛。傳統制備方法難以精準控制其形貌，而科研人員通過 aqueous體系噴霧干燥技術，成功實現了ZIF-8的形貌調控。具體過程為：先配制含鋅離子和咪唑類配體的水溶液前驅體，將其送入噴霧干燥設備后，瞬間蒸發的水分使物料形成無定形鋅絡合物顆粒；隨后通過極性有機溶劑活化處理，這些無定形顆粒發生非晶-晶體轉變，最終形成空心多晶結構的ZIF-8。這種空心多晶結構大幅提升了ZIF-8的吸附容量和吸附速率，為其在工業氣體吸附分離中的應用奠定了基礎，而且整個工藝可連續進行，具備大規模生產潛力。

第二個案例是UiO-66-NH?的綠色規模化噴霧干燥制備。UiO-66-NH?是一種含氨基官能團的MOFs材料，具有良好的生物相容性和催化活性，在環境修復、藥物載體等領域需求迫切。科研團隊采用噴霧干燥結合連續流輔助的方法，以水為唯一溶劑，成功實現了UiO-66-NH?的綠色合成——這解決了傳統溶劑熱合成方法中有機溶劑用量大、污染嚴重的問題。制備過程中，科研人員通過調控調節劑乙酸的用量來優化反應動力學，最終在40g規模的實驗中，以85%的高收率得到了BET比表面積達1270m2/g的UiO-66-NH?球形微球。該案例的核心價值在于構建了綠色、可擴展的MOFs制備工藝，為UiO-66-NH?的工業化應用降低了成本、減少了環境負擔。

第三個案例是環糊精基MOFs（CD-MOFs）的噴霧干燥制備及其在吸入制劑中的應用。CD-MOFs由環糊精與金屬離子組裝而成，具有良好的生物降解性，是藥物遞送領域的理想載體，尤其適合開發吸入制劑。科研人員通過優化噴霧干燥前驅體的參數（如乙醇體積比、孵育時間、濃度），成功制備出結晶度、孔隙率可調控的CD-MOFs顆粒。值得注意的是，在前驅體中引入抗真菌藥物酮康唑后，制備的載藥CD-MOFs比表面積較純CD-MOFs提升了3倍，達到292m2/g，且藥物能穩定負載在CD-MOFs的疏水空腔中。更關鍵的是，噴霧干燥制備的CD-MOFs顆粒呈球形、密度低，幾何中位粒徑（D50）小于5μm，完全符合吸入制劑的粒徑要求；后續通過乙醇改性優化噴霧干燥工藝，產品的氣溶膠性能進一步提升，為吸入式藥物制劑的開發提供了全新思路。

從這三個案例可以看出，噴霧干燥技術不僅能實現不同類型MOFs的高效制備，還能通過工藝調控優化產品結構和性能，同時兼顧綠色環保和規模化生產需求。隨著MOFs材料在更多行業的應用落地，噴霧干燥等高效制備技術將進一步推動其產業化進程。MOFs作為一種可精準設計的“分子海綿”，憑借其獨特的結構和性能，正在能源、環保、生物醫藥等領域掀起技術革新；而噴霧干燥技術則為MOFs的工業化應用提供了可靠的制備方案，兩者的結合有望催生更多綠色、高效的新材料應用場景。