八十年前，世界上很少有人听说过塑料。但是1939年，其中一种塑料——尼龙，在纽约世界博览会上首次亮相之后的近一年时间里，就成为家喻户晓的名词。虽然尼龙在丝袜市场风靡一时，但塑料在向服装、厨具、电子产品、建筑材料和医药等领域的普及过程，进行了数十年。如今，我们知道塑料确实成为定义20世纪的材料。
在未来，金属有机骨架材料（MOFs）有望成为21世纪的决定性材料。虽然关于这组三维纳米晶体结构的研究仍处于早期阶段，但其商业化项目正在迅速开展。您可能从未听说过MOF，但是50年后，我们相信，它们将成为人类生活中不可磨灭的一部分，就像今天的塑料一样。
塑料在社会上变得如此流行的原因在于他的多功能。塑料这种聚合物，是长而重复的单体连成串，这使得它们具有不同的特性。通过对单体的简单改变，可以改变聚合物的尺寸、硬度、弹性、透明度甚至还能改变导电性。
像聚合物一样，MOF是一种具多功能应用材料，它们由小结构的重复单元组成。在这种情况下，这种结构是有机分子连接的纳米级别的金属簇。不像是仅在一个方向上生长的聚合物，MOF材料在所有方向上都能形成晶体。它们具有非常刚性、均匀和精确的原子排列。
这种独特的均匀性使科学家能够以前所未有的精确度去设计和处理MOF。通过准确了解每个原子在MOF中的位置，计算工具可以在实验室进行合成之前，就快速建立模型来模拟不同的可能结构。尽管MOF目前的应用都较为小众，比如用于稳定智能手机中硅芯片等电子产品制造过程中的有毒气体，但我们认为它们正处于分界点上，就像80年前的塑料一样。
走向特氟龙的时刻
20世纪初是合成聚合物发现的鼎盛时期。但许多早期聚合物不稳定，溶于水，缺少广泛使用的灵活性。
尼龙是第一种广为人知的商用化的合成聚合物。在尼龙丝袜进入市场之后，这种材料接着出现在第二次世界大战中的帐篷和降落伞上。大约在杜邦发现了尼龙的同一时间，一位科学家偶然发现了聚合物聚四氟乙烯（PTFE）。这种商标为Teflon的氟化塑料，早期应用于Manhattan Project中的管道阀门和密封件的涂层，管道用于运输放射性材料，但是知道的人不多。在1954年，这一切都发生了变化，当时一位法国工程师和他的妻子尝试在烹饪锅上使用特氟隆，随后第一批PTFE涂层的不粘锅在20世纪60年代上架。
就是这样，塑料需要大约60年的时间，才能覆盖不同行业的消费群体。对于MOF来说，这意味着我们才刚刚走上正轨。
经过二十年的实验室实验，经历了许多不稳定、不可靠和不切实际的结构，现在MOF首次出现在商业应用中。但是MOF尚未迎来像Teflon一样的时刻。
随着越来越多的公司采用MOF，MOF的制造过程会被进一步简化，相应的MOF产品也会变得更加经济，这将使得MOF的应用范围进一步扩大。用MOF材料制造的的绝缘材料、隔音耳机和先进的传感器都可能在不久的将来出现。更进一步，我们还可以使用MOF从大气中提取碳或为新一代燃料箱提供动力。
就像Teflon的偶然发现那样，也有一些MOF是被偶然发现的。未来也许会有DIY涂料的隔音室，因为MOF可以生产非常薄的隔音层；或基于MOF的人造肌肉，可以沿每个晶轴独立的伸展或收缩。但正如100年前Teflon无法预测的那样，我们无法预测MOF的全部可能。
展望未来之路
尽管对于MOF材料来说，塑料的发展历史可以作为一个范例，但是对这种纳米材料来说，从不为人知到无所不在的商业化道路还很漫长。正如塑料的发展一样，我们认为MOF商业化不会出现明显的转折点；当然，如果成本可以充分降低，那么MOF的广泛应用将是大势所趋。
在那之前，科学家每天都在发明新方法去制造具有重要实际应用的MOF。他们正在为MOF成为21世纪的塑料铺平道路
Christopher Wilmer，Benjamin Hernandez和Omar K. Farha是芝加哥的NuMat Technologies的创始人。Wilmer是匹兹堡大学化学与石油工程系的助理教授，Farha是西北大学化学副教授。
翻译：崔格瑞
审校：马晓彤
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