【解决方案】MOF 材料表征的全能助力者，解锁材料无限潜能

本文摘要

金属有机框架（MOF）材料作为当下材料领域的 “明星"，凭借有机与无机分子自组装形成的纳米级互联空隙结构，在气体存储与分离、液体净化、药物递送、催化等众多领域展现出不可替代的优势。

而要充分发挥 MOF 材料的性能，精准的表征分析至关重要。马尔文帕纳科（Malvern Panalytical）作为全球领xian的分析解决方案提供商，凭借强大的技术实力和丰富的经验，为 MOF 材料表征提供了quan方位的支持，助力科研与产业人员深入探索 MOF 材料的奥秘。

什么是MOF材料？

金属有机框架材料（Metal Organic Frameworks MOFs）是由有机分子和无机分子自组装而成的杂化晶体。MOFs含有纳米级的相互连接的空隙，这使它们在捕获、储存和催化离子和分子方面具有极大的潜力。调节它们的局部环境（如电场、温度、压力或化学）可以使许多分子或离子吸附或释放。

MOFs材料的广泛应用

01晶体结构分析

揭开MOF材料性能的核心密码

究竟是什么让MOF材料如此擅长收集？答案是它们复杂的晶体结构！

MOF 材料的优异性能与其复杂的晶体结构密切相关，精准分析晶体结构是优化 MOF 材料的基础。马尔文帕纳科为此提供了多款高效可靠的设备。XRD即可快速识别 MOF材料晶体结构，还能研究 MOF 材料在不同环境条件（如温度、湿度）下的结构变化。ITC为 MOF 材料的结合作用提供完整的热力学图谱。

X射线衍射技术

X 射线粉末衍射是测定和验证晶体结构的成熟技术。Empyrean 锐影多功能X射线衍射仪能提供高分辨率、低背景的衍射数据，凭借优异的分辨率和灵敏度，可精准捕捉最细微的结构细节，甚至能定位 MOF 酚羟基中的氢原子。

Empyrean锐影还可以分析 MOF 材料 CAU-10-H对水分子的吸附与解吸过程，通过原位相对湿度数据的等线图，清晰展现温度对其的影响，为 MOF 在水收集等领域的应用提供关键数据支持。

Aeris 紧凑型衍射仪则主打快速 “指纹识别"，仅需 5 分钟就能完成粉末衍射扫描，且操作便捷，采用一步式样品加载和简单的按键操作，在紧凑的机身中实现了落地式衍射仪的品质，还具备出色的低检测限，能识别微小的粉末衍射峰和材料变化。

等温滴定量热法

等温滴定量热法是一种基于热量检测的通用技术，灵敏度很高，能直接测量 MOF材料与目标分子或离子结合过程中的热量变化，进而精确测定结合常数（KD）、反应化学计量比（N）、焓变（∆H）和熵变（ΔS），为 MOF 材料的结合作用提供完整的热力学图谱。

MicroCal PEAQ-ITC等温滴定微量热仪助力研究 MOF 材料特定孔位的结合亲和力，例如分析 MOF 材料 NU-1000 对尿毒症毒素的吸附作用，通过 ITC 测定不同结合位点的相互作用，发现其在两个不同孔位分别存在熵驱动和焓驱动的吸附过程，为 MOF 在医学解毒领域的应用提供重要依据。

02颗粒形态与性能分析

优化 MOF 材料的实用表现

MOF 材料的颗粒形态（大小、形状、聚集状态等）直接影响其性能，如比表面积决定了气体或液体的流通效率以及分子吸附 / 释放速度，马尔文帕纳科提供了针对性的分析设备。

每种MOF材料都有其预期应用的最佳粒径和粒径分布，例如：

• 设计用于与气体相互作用的MOF材料粉末颗粒尺寸可以是1到100μm；

• 对于电池，更小的颗粒（20nm至1μm）可减少离子扩散长度。使它们均匀地分布在薄的多层结构中；

• 用于生物系统中的药物传递。悬浮液中使用MOF纳米晶体（<100nm）。它们小到可以穿透血脑屏障。

激光衍射粒度分析

Mastersizer 系列激光粒度仪可用于优化 MOF 粉末的物理性能，保证颗粒尺寸均匀、不团聚、结构完整，从而提升 MOF 材料在气体存储、催化等应用中的效率。例如在 MOF 催化剂的生产中，通过该设备监测颗粒尺寸分布，确保催化剂颗粒符合反应需求，提高催化活性。

自动化成像与拉曼光谱联用

Morphologi 4/4-ID全自动粒度粒形分析仪可以监测 MOF 颗粒在不同环境下的降解情况，如在生物医用 MOF 材料的研究中，观察 MOF晶体在生物介质中的形态变化，通过拉曼光谱分析发现降解区域有机配体的流失，以及后续无机基质的溶解坍塌（如图中展示了降解前后 MOF晶体的显微镜图像及对应的拉曼光谱变化），为 MOF 在药物递送领域的安全性和有效性评估提供关键数据。

03液体中的纳米颗粒分析

拓展 MOF 材料的应用边界

当 MOF 材料以纳米颗粒形式分散在液体中时（如药物递送系统中的 MOF 纳米颗粒），其 流体动力学性能、稳定性等至关重要，马尔文帕纳科的相关设备可实现精准分析。

动态光散射与电泳光散射

Zetasizer Advance系列纳米粒度电位仪用于控制 MOF纳米颗粒在液体中的稳定性和流动性，确保其在生物医学等领域的有效应用。例如在 MOF药物递送系统中，通过测定 Zeta 电位评估纳米颗粒在不同 pH 值下的稳定性（如在电池和电子应用中，监测 MOF颗粒在环境变化下的结构稳定性），保证药物载体能顺利通过生物屏障，精准到达作用靶点；也可用于 MOF催化颗粒的合成质控，确保其在液体反应体系中的分散性和催化效率。

Zetasizer Advance系列采用非侵入式背散射（NIBS）技术，可分析更广泛浓度和粒径范围的 MOF 纳米颗粒样品；结合多角度动态光散射（MADLS®）技术，能获得最高分辨率的粒径数据，可准确测量 1nm-10μm 范围内的颗粒尺寸。同时，通过电泳光散射（ELS）技术测定 Zeta 电位，评估纳米颗粒的稳定性和聚集趋势。设备具备恒流模式，避免电极极化导致的数据误差；借助自适应相关算法，只需最少的样品制备就能保证结果的重复性；拥有以样品为中心的工作流程，可自动化完成复杂分析，还能即时提供自动反馈和实用建议。

纳米颗粒跟踪分析

在 MOF 纳米颗粒的制备和应用过程中，监测颗粒的浓度变化和尺寸分布稳定性，例如在 MOF基水质净化材料的研究中，分析纳米颗粒在水中的分散状态和浓度，确保其对水中污染物的吸附效率。

NanoSight Pro纳米颗粒跟踪分析仪通过实时成像观察液体中 MOF纳米颗粒的运动轨迹，结合跟踪分析技术，同时实现颗粒尺寸和浓度的精准测定，能为 Zetasizer Advance的分析结果提供补充验证，更全面地了解纳米颗粒在液体中的行为。

X射线荧光光谱分析

测定 MOF 纳米颗粒在液体中的离子浓度，评估其离子捕获和释放效率；同时可监测 MOF 材料合成过程中原料和前驱体的纯度，以及催化剂残留等杂质含量。例如在 MOF 催化合成碳纳米管的过程中，通过 X 射线荧光光谱分析监测催化剂残留杂质，避免其对碳纳米管性能和应用的影响（如图中展示了碳纳米管样品的 XRF 光谱，标注了残留杂质对应的特征峰）。

Zetium光谱仪和Epsilon系列台式能谱仪，可实现 MOF样品及液体环境的元素分析，适用于固体、液体、浆料、松散粉末等多种形态的样品，能检测从碳（C）到镅（Am）的元素，检测限范围为 ppm-100%，具备独特的动态范围和高元素分辨率，且分析速度快、结果准确，支持在线或离线分析。

除了上述技术在MOF材料表征中的应用以外，2024年加入马尔文帕纳科的麦克默瑞提克（Micromeritics）更是拥有比表面、孔径、孔隙率、化学吸附、密度等多款适用于MOF材料的表征技术，无论是 MOF 材料的基础研究、开发升级还是生产质控，马尔文帕纳科都能提供精准、高效的表征解决方案，帮助科研人员和产业工作者突破技术瓶颈，推动 MOF 材料在更多领域实现创新应用，为构建更美好的世界贡献力量！