金属-有机框架材料（MOFs）在许多大规模应用中展现出引人注目的性能，包括气体吸附和分离、热重分配、水产生或修复等，可以克服传统工业中常用多孔材料的重要缺点。因此，MOFs的商业前景备受关注，需要降低其生产成本，并实现从小规模到大规模的合成优化。然而，尽管商业可用性非常有限，但其高度依赖于生产成本。因此，为了推动MOFs的商业发展和推广，可以采取多项措施。首先，可以总结MOFs大规模制备的最新进展，并探讨更环保的MOF合成过程标准。此外，可以对可用的大规模生产合成路线进行批判性评估，考虑其成本、环境影响、安全性和可行性。除此之外，由于粉末形式的使用存在严格的限制，因此可以简要讨论成型过程，概述MOFs在不同工业应用中的前景。最后但同样重要的是，可以强调MOFs商业化的展望，并着重强调技术经济分析和生命周期评估的必要性。
文献链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202309089
自几十年前发现以来，金属-有机框架（MOFs）就吸引了科学界的极大关注。它们具有混合晶体结构和多孔结构，可高度调控，因此成为广泛应用的理想候选材料，包括气体吸附与分离、水资源收集、热能再分配、传感、生物医学和催化等诸多领域。由于其化学组成和结构特征（如孔道几何和尺寸）的出色多样性，得益于网络化学，MOFs的性能通常超越了商业上可获得的多孔材料，这激发了对其商业化的兴趣和发展。事实上，尽管大规模生产的相关企业和初创公司数量相对较少，但已经开始出现。然而，从实验室规模合成转向大规模生产并非易事。例如，在许多MOFs的实验室合成中，金属硝酸盐仍然是常用的原料。然而，当需要生产大量MOFs时，需考虑诸多因素，包括溶剂的类型、金属盐的腐蚀或强氧化作用，伴随而来的高潜在风险需要额外的安全考虑（也导致额外成本）。因此，在这种情况下，如果将金属盐替换为更安全的替代品，将对整体合成产生重大影响。实际上，在转向大规模生产之前，还需要考虑诸如溶解度、反应介质的pH值、反应性等的改变，以及最终产品的性质和整体产量，这需要进行大量优化工作。在这方面，空间-时间产率、原材料的可供性和可负担性、可持续性以及最终产品的清洗/活化等也是在优化MOFs大规模生产之前要考虑的其他关键参数。此外，合成的MOFs的粉末形式并不适用于实际的工业应用，因为存在诸多限制，如难以处理、传热-传质困难、体积效率低和压降大等。因此，必须考虑成型过程，使MOFs能够适用于工业应用。然而，成型方法的可伸缩性（颗粒化、挤压、涂覆）可能会受到诸多因素的影响，如过程的成本和效率，这与小规模生产有显著差异。此外，在成型过程中（如施加压力等）可能会发生材料的降解、晶体性能的损失。本综述提供了MOF合成优化和规模化研究的最新进展概述，并强调了一些朝着更环保和可持续方法的策略，以及MOF成型策略。此外，还将讨论商业化MOFs的展望，其中考虑到关键因素，包括技术经济分析和生命周期评估。
在最近的十年里，发展可持续技术来解决水资源短缺和全球变暖等问题已经成为研究的重中之重。通过改进现有材料和发明新的替代品，致力于克服各个方面的瓶颈。金属-有机框架（MOFs）作为一种结构多样性和应用多样性出色的材料，呼唤它们在不同工业应用中的商业化。然而，工业规模下的大规模生产是推动有前景材料部署的关键因素之一，需要遵循经济高效和环境兼容的方式。CALF-20的成功故事就是一个引人注目的例子，高度有前途的性能（如二氧化碳捕获）鼓励了开发更环保、更安全和更具经济优势的合成方法，最终实现了MOF技术在工业层面上的发展。尽管在该综述中显示和讨论的零售价格仍然较高，但这非常取决于市场需求。要考虑到特定MOF的潜在应用、其相对于商业可获得材料的优势以及其潜在的长期使用将鼓励研究人员向前迈进，投资更多资源并商业化这一令人着迷的多孔材料家族。在本综述中，作者概述了大规模MOF生产的可持续、节能工业化标准，如成分成本、可供性、环境安全性、毒性、洗涤和活化过程以及生命周期评估等，在设计大规模合成MOF的协议时必须考虑这些因素。如果采用高产率的合成路线来降低生产成本，应明确注意到，连结剂成本仍然是阻碍整体MOF工业生产成本的主要参数。合成路线还应优化，以控制MOF的形貌、粒径和材料在不同批次中的再现性。目前，工业界最常用的大规模合成MOF方法是批量合成，尽管连续流合成可以被视为MOF工业化生产的未来。人工智能（AI）辅助工具也可以参与解决方案，加速生产过程的优化步骤（如减少溶剂和添加剂用量，寻找更环保的合成和洗涤步骤等）。该综述概述了几个代表性的在试验规模下生产的MOFs的例子。最后，到目前为止在这个领域中鲜有探索的MOF生命周期分析也应该在不久的将来得到考虑，以促进MOFs融入工业。这需要更高程度的产学合作来弥补差距，帮助可持续MOF技术的崛起。
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