荒凉的西伯利亚，自然诞生的MOFs

欧洲足球赛事 注：金属有机骨架化合物作为一种前沿材料，一直是通过人工合成的方法得到的，科学界也认为这种复杂的物质只能通过非自然的途径获取。但是有一些科学家似乎用上了“洪荒之力”，在荒凉的西伯利亚永久冻土煤矿中发现了它们。

图1 人工合成的草酸铝钠石单晶

金属有机骨架化合物，亦称MOFs，当前最热门的多孔隙固体材料之一，该人工合成材料的概念最初于20世纪90年代被提出。时至今日，世界各地的科学家仍在研究如何将这种材料作为分子海绵并在储氢、碳汇和光伏发电等领域取得一定应用。

最近加拿大和俄罗斯的科学家惊奇地发现MOFs存在于自然界中，尽管目前为止人们只在西伯利亚煤矿中发现了它。

该项发现已被刊登于Science Advances上，其主要作者、麦吉尔大学（McGill University）化学系副教授Tomislav Friščić说：“这项发现彻底改变了人们长期持有的这种热门材料（MOFs）只能人工设计制造的观念，并提出MOF矿藏存在的可能性。”

这项发现的曲折历程始于六年前，那时Friščić偶然在加拿大的一本矿物学杂志上接触到了绿草酸钠矿和草酸铝钠石矿的概念。这些于20世纪40年代到60年代间在俄罗斯被发现的矿物的晶体结构尚未完全确定，但发现它们的俄罗斯矿物学家已用X射线粉末衍射技术分析了它们的化学组成及结构的基本参数。对于Friščić来说，这些参数说明这些矿石在结构上与某些人造MOF很相似。

图2 人工合成的草酸铝钠石晶体聚集体

Friščić的好奇心被点燃了，他开始到处寻找稀有矿石的样本，并接触了俄罗斯及其他地方的专家、博物馆和供应商。在圣彼得堡矿物博物馆承诺的帮助没有兑现后，麦吉尔大学（McGill University）Friščić研究团队里的一位研究生——Igor Huskić把目光转向了这些矿石类似物的合成并取得了成功。但他们的工作并没有被重要期刊所接受，部分原因在于这些矿物的初步描述已经被俄罗斯一本矿物学期刊报道过了。

之后，麦吉尔大学（McGill University）的化学家们迎来了转机:在一名委内瑞拉晶体学家的帮助下，他们与两位杰出的俄罗斯矿物学家——圣彼得堡国立大学（Saint Petersburg State University）Sergey Krivovichev教授和俄罗斯莫斯科国立大学（Lomonosov Moscow State University）Igor Pekov教授取得了联系。

Krivovichev 和 Pekov均可取得这些深埋于西伯利亚永久冻土下的煤矿中的、发现于几十年前的稀有矿物的原始样本，并且这些俄罗斯专家有能力确定这些矿物的晶体结构。他们的发现很好地证实了麦吉尔大学（McGill University）研究团队在实验室合成中取得的初步研究成果。

图3 自然界中草酸铝钠石矿物的晶体结构片段

绿草酸钠矿和草酸铝钠矿在较大的分子尺度上都体现了精巧的蜂窝状结构。然而这两种矿物都不是当今最热门的MOFs的典型代表。目前科学家们正在研究的典型MOFs大多用于氢燃料汽车以及废弃二氧化碳的捕捉等领域。

目前Friščić和他的同事进一步扩大研究范围，希望能够确定是否存在其它含量更丰富的多孔隙结构矿石，并使它们在储氢及药物运输领域得到更好的应用。

无论如何，Friščić认为在这两种稀有矿物中发现MOF结构已经称得上是一项“重大突破”。他还指出，如果科学家能在20世纪60年代就确定这些矿物的结构，MOF材料的发展将提前30年。

参考原文链接：Metal-organic frameworks: Hot 'new' material found to exist in nature in rare minerals from Siberia

本文由编辑部杨洪期提供素材，梁嘉豪编译，丁琬芝审核，点我加入材料人编辑部。

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