金屬有機架構（MOF）與聚合物的複合材料因其多功能性而備受關注。然而，在複合過程中，MOF的孔隙容易受到單體或固化劑等小分子的滲透，以及聚合物互穿的影響，導緻MOF的孔隙率降低，進而限制了MOF在聚合物中的性能表現。鑒于此，華南理工大學趙建青教授和中南大學謝炜棋副教授等提出了分子籠狀金屬有機架構（MC-MOF）的概念。采用扭轉的共轭配體實作MOF視窗的收縮，該方法能夠在不犧牲孔隙率的前提下，有效阻礙小分子或聚合物的滲透，進而保護了MC-MOF的孔隙結構，并優化了MOF/聚合物複合材料性能。
作者從側基選擇、顔色和成本等方面對MC-MOF進行理性設計，并結合實驗和模拟進一步揭示了分子籠效應的有效性和普适性。分子籠作為阻礙分子滲透的屏障，使得MC-MOF能夠在聚合物中維持高孔隙率，實作光捕獲和熱調節等功能。含0.5 wt%的MC-MOF的聚合物基複合材料，在保持高透光率的同時，表現出超高的霧度（93%，550 nm），實作高效的前向散射。MOF的引入還賦予了材料寬泛的紫外屏蔽和光緻發光響應，并增強了聚合物的力學性能。将這一材料應用于節能建築設計領域，其能夠有效地擴散陽光，減少不适眩光，并增加自然采光。與玻璃相比，MC-MOF/聚合物具有更低的熱導率，能夠減緩熱傳遞并減少陽光直射，具有降低建築物能耗的潛力。通過配體工程建構分子籠的設計原理，為MOF在聚合物中保持高孔隙率提供了有效的解決方案，并為其在能源管理領域的應用開辟了新的前景。相關成果在國際頂級綜合期刊Science Advances上發表，并被選為首頁頭條在Science Advances官網報道。
總結：本研究開發了一種分子籠狀金屬有機架構（MC-MOF），用于阻礙MOF在聚合物中的分子滲透。MC-MOF在增強聚合物能源管理方面顯示出巨大的潛力，展現了優異的光捕獲和熱調節功能。相較于傳統的玻璃材料，它有助于實作可持續建築設計中的均勻照明分布，并減少能源消耗。通過配體工程設計具有高孔隙率和定制視窗的MC-MOF的概念，提供了一種優化聚合物基體中MOF性能的通用方法，也為MOF/聚合物複合材料在可持續能源方面的應用開辟了更多可能性。來源：高分子科學前沿