金属有机框架（MOF）与聚合物的复合材料因其多功能性而备受关注。然而，在复合过程中，MOF的孔隙容易受到单体或固化剂等小分子的渗透，以及聚合物互穿的影响，导致MOF的孔隙率降低，从而限制了MOF在聚合物中的性能表现。鉴于此，华南理工大学赵建青教授和中南大学谢炜棋副教授等提出了分子笼状金属有机框架（MC-MOF）的概念。采用扭转的共轭配体实现MOF窗口的收缩，该方法能够在不牺牲孔隙率的前提下，有效阻碍小分子或聚合物的渗透，从而保护了MC-MOF的孔隙结构，并优化了MOF/聚合物复合材料性能。
作者从侧基选择、颜色和成本等方面对MC-MOF进行理性设计，并结合实验和模拟进一步揭示了分子笼效应的有效性和普适性。分子笼作为阻碍分子渗透的屏障，使得MC-MOF能够在聚合物中维持高孔隙率，实现光捕获和热调节等功能。含0.5 wt%的MC-MOF的聚合物基复合材料，在保持高透光率的同时，表现出超高的雾度（93%，550 nm），实现高效的前向散射。MOF的引入还赋予了材料宽泛的紫外屏蔽和光致发光响应，并增强了聚合物的力学性能。将这一材料应用于节能建筑设计领域，其能够有效地扩散阳光，减少不适眩光，并增加自然采光。与玻璃相比，MC-MOF/聚合物具有更低的热导率，能够减缓热传递并减少阳光直射，具有降低建筑物能耗的潜力。通过配体工程构建分子笼的设计原理，为MOF在聚合物中保持高孔隙率提供了有效的解决方案，并为其在能源管理领域的应用开辟了新的前景。相关成果在国际顶级综合期刊Science Advances上发表，并被选为首页头条在Science Advances官网报道。
总结：本研究开发了一种分子笼状金属有机框架（MC-MOF），用于阻碍MOF在聚合物中的分子渗透。MC-MOF在增强聚合物能源管理方面显示出巨大的潜力，展现了优异的光捕获和热调节功能。相较于传统的玻璃材料，它有助于实现可持续建筑设计中的均匀照明分布，并减少能源消耗。通过配体工程设计具有高孔隙率和定制窗口的MC-MOF的概念，提供了一种优化聚合物基体中MOF性能的通用方法，也为MOF/聚合物复合材料在可持续能源方面的应用开辟了更多可能性。来源：高分子科学前沿