金属有机框架是为解决一些严峻挑战而诞生的化合物，它能在沙漠中制造水，从空气中去除温室气体，还能更安全地储存危险气体。
亚利桑那州沙漠十分干燥，任何没有水源补给的人被困在里面都会在三天内死于脱水。
除非他们有Omar Taghi的新一代水收集器。虽然（沙漠）白天的湿度只有10%左右，但夜晚的湿度会上升到40%，这意味着大气中有足够的水来维持生命——如果它可以转化为液体的话。
这正是Yaghi的装置具备的功能。这是一个装在盒子里的有机玻璃盒，大约有一个小微波炉那么大，它被设计用来在晚上从空气中吸取湿气，第二天仅用太阳的热量作为能源把它变成饮用水。其中起作用的是被称为金属有机骨架（MOF）的粉末，它在常温下将水分子吸到内部孔隙的表面并加热，水就释放出来了，每次会产生三分之一杯纯净饮用水。
加州大学伯克利分校的化学家Yaghi说：“随着进一步改进，一个洗衣机大小的装置就能够产生足够的水来满足家庭的基本需求。”
世界上三分之一的人口缺乏安全的饮用水，对他们来说，这种装置可能挽救其生命。但这不是MOF技术还能做到更多。
这些由有机分子连接的金属结晶簇，如铝或镁，可制成具有极高吸收能力的材料，将特定分子吸到其表面，MOF就是通过这种方式紧紧吸附各种液体和气体。此外它们还可以用于制造更有效的催化剂或电解促进剂。
MOF的特殊性质来自大量纳米尺寸的内部空间这一独特结构。事实上，一个糖块大小的MOF有很多孔，如果把它们平铺，就能覆盖六个足球场那么大的区域。MOF也非常稳定、轻巧、万能：它们的分子解剖结构可以变化以吸附特定的分子，比如水分子，它们的孔可以设计成储存水的最佳形态。增加少量的热量或压力会使MOF释放它所持有的东西。迄今为止，已有七万多种不同的MOF被生产用于各类实际应用中。
Yaghi的原型水收集器MOF由昂贵的金属锆制成，他的下一个目标将是铝基水收集器，其缩放更便宜，并具有巨大的商业化潜力。
Yaghi说：“我们期待着在加利福尼亚死亡谷测试下一个水收集器原型机。”
创造更可持续的未来
正如MOF可以帮助解决缺水问题，它们还提供了一种减少过量温室气体的方法。
今年4月，大气中的二氧化碳含量达到8万年来的最高水平，这导致了气候变化。近期研究表明，MOF也许能帮助减轻这对地球生态系统的产生的危险。
2018年的《自然材料》(Nature)杂志中，英国曼彻斯特大学的化学家领导的国际研究小组表示他们已经研制出一种铝基MOF，它能够在环境条件下选择性地、可逆地和重复地从大气中去除另一种气体污染物，二氧化氮——这一发现可能会引领空气过滤技术，捕捉转换大量的其他气体以减少空气污染，如二氧化碳。
“MOF非常有趣，因为它具有与想从大气中去除的分子强烈地相互作用的特性，这种材料是MOF的第一个证明即使在有水的情况下，它也有能够从空气中反复分离出二氧化氮的高可逆性和选择性的例子。”该研究的主要作者之一、来自曼彻斯特大学化学学院的无机化学家Sihai Yang说。
有前景的商业化途径
MOF技术开始四处萌芽。2017年，总部位于伊利诺斯的MOF开始了先锋NUMAT技术与亚利桑那州的电子材料公司Versum Materials合作，使用MOF安全地储存和输送半导体工业中使用的砷化氢等危险气体。在给定气压的情况下，含有MOF的储罐能容纳比没有MOF储罐更多的气体。或者换句话说，如果储罐内装有MOF，那么它就不需要如此高的气压来保持等量的气体——这使它更安全，不易爆炸，而且可能更便宜。
Yaghi说，经过20年的迅速发展，MOF的一些潜在应用代表了有前途的投资机会。
“第一批应用涉及气体储存和释放，”他说，“如今，从小型初创企业到大型化工和汽车公司，过去五年已有约24家公司正研发MOF。”
北京恒州博智国际信息咨询有限公司(QYResearch)预测MOF的市场将从2017年的7000万美元增长到2025年的7.5亿美元。“这里面的潜力是无穷的，随着廉价材料成为焦点，未来商业化机会将继续增加。”Yaghi说。
翻译：林静
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