金属有机框架（Metal Organic Frameworks，简称MOF）因其编织的孔道结构与可设计性，获得了本年度诺贝尔化学奖——2025年诺贝尔化学奖授予了北川进（Susumu Kitagawa）、理查德·罗布森（Richard Robson）与奥马尔·亚吉（Omar M. Yaghi）三位科学家，以表彰他们在MOF领域的开创性贡献。这一里程碑式的奖项，使“以MOF材料重塑界面”的思路再次成为材料化学与能源器件领域的焦点话题。
什么是金属有机框架（MOF）
顾名思义，金属有机框架（MOF）是一类由金属离子或簇作为节点、有机分子作为连接桥梁自组装而成的一维、二维或三维结构。这种独特结构赋予了MOF极高的比表面积和可调性：分子尺度的孔道不仅为各种客体分子提供了“容身之所”，还允许它们可逆地进出框架，实现选择性的吸附与分离。依托这种纳米孔道，MOF展现出极其广泛的用途。例如，研究人员已经利用某些MOF从干燥的沙漠空气中收集水分、从水中去除污染物、捕获温室气体二氧化碳，甚至储存氢气等气体。凭借组分和结构上的可设计性，化学家可以针对不同应用需求来“量身定制”MOF的孔径大小和表面功能基团，使其成为一类高度可定制的功能材料。正如诺奖委员会所评价的：“金属有机框架材料具有巨大潜力，为定制具备新功能的材料带来了前所未有的机会”。
图1 | MOF示意图
MOF晶体结构中含有大量规整的纳米孔穴，气体和其他分子可以在其中自由进出。用于选择性地捕获分子（离子），也可用于催化化学反应或传导离子。
框架材料荣膺诺奖：MOF领域的里程碑认可
经过近30年的发展，MOF已从实验室逐步走向解决现实问题的核心材料。早在1989年，罗布森就首次尝试利用金属离子和有机配体构筑出了内部充满孔洞的晶体。随后北川进证明了气体分子能够可逆进入并流出MOF孔道，验证了这类材料的开放多孔和“可呼吸”特性；奥马尔·亚吉则合成了首个结构稳定且永久多孔的MOF晶体，并提出了“网状化学”（Reticular Chemistry）的概念，为按需设计MOF功能提供了理论基础。如今，MOF材料在环境、能源等领域展现出巨大潜能。
值得关注的是，MOF也为新能源材料领域提供了全新的思路：能否利用MOF这样的框架材料来重塑电池界面，从而突破传统材料的性能瓶颈？
MOF外延层：4.2V固态钠电池界面稳定的新方案
探索MOF在正极材料表面上的外延生长行为，是在正极颗粒表面“定制功能化MOF”的关键。近期，中国科学院物理研究所陈立泉院士团队从“配体-衬底”吸附能出发，完整阐释了各向同性MOF外延层（MET-6）在高电压正极材料Na₃V₂O₂(PO₄)₂F（NVOPF）表面上的生长行为。这一发现不仅解决了PEO基聚合物固体电解质高电压分解的挑战，并为MOF外延层用于电极材料铺平道路。
图 2｜表面工程与Na⁺传输机制示意图
a 传统涂层、各向异性外延层与各向同性外延层的生长行为对比示意图。b MOF外延层的设计示意图。MOF外延层由吸附在NVOPF表面的配体触发形成。作为固态电解质，MOF 提供Na⁺传输通道。
具体而言，与传统包覆层不同，各向同性MOF（MET-6）外延层不仅完全钝化了NVOPF的暴露面，MOF自身开放的框架结构还提供了Na⁺扩散通道。在提升正极侧界面稳定性的同时，还保留了优异的倍率性能。在电化学性能测试中，MOF界面层展现出令人瞩目的效果。
综上，这项工作通过各向同性MOF外延生长这一创新策略，成功解决了长期困扰固态钠电池的高电压界面不稳定难题。在4.2V高电压下，PEO基固态钠电池实现了长寿命稳定循环，为高能量密度储能器件的界面工程提供了全新的设计范式。随着MOF材料体系和合成工艺的持续优化，这一框架材料重塑界面的策略有望在下一代高安全、高能量密度电池技术中发挥关键作用，加速固态电池从实验室走向实际应用。
本研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院专项和北京市自然科学基金等项目的资助。相关成果以“Designing an isotropic epilayer for stable 4.2 V solid-state Na batteries”为题，发表于2025年9月的《自然·能源》（Nature Energy）期刊。
金属有机框架（Metal Organic Frameworks，简称MOF）因其编织的孔道结构与可设计性，获得了本年度诺贝尔化学奖——2025年诺贝尔化学奖授予了北川进（Susumu Kitagawa）、理查德·罗布森（Richard Robson）与奥马尔·亚吉（Omar M. Yaghi）三位科学家，以表彰他们在MOF领域的开创性贡献。这一里程碑式的奖项，使“以MOF材料重塑界面”的思路再次成为材料化学与能源器件领域的焦点话题。
什么是金属有机框架（MOF）
顾名思义，金属有机框架（MOF）是一类由金属离子或簇作为节点、有机分子作为连接桥梁自组装而成的一维、二维或三维结构。这种独特结构赋予了MOF极高的比表面积和可调性：分子尺度的孔道不仅为各种客体分子提供了“容身之所”，还允许它们可逆地进出框架，实现选择性的吸附与分离。依托这种纳米孔道，MOF展现出极其广泛的用途。例如，研究人员已经利用某些MOF从干燥的沙漠空气中收集水分、从水中去除污染物、捕获温室气体二氧化碳，甚至储存氢气等气体。凭借组分和结构上的可设计性，化学家可以针对不同应用需求来“量身定制”MOF的孔径大小和表面功能基团，使其成为一类高度可定制的功能材料。正如诺奖委员会所评价的：“金属有机框架材料具有巨大潜力，为定制具备新功能的材料带来了前所未有的机会”。
图1 | MOF示意图
MOF晶体结构中含有大量规整的纳米孔穴，气体和其他分子可以在其中自由进出。用于选择性地捕获分子（离子），也可用于催化化学反应或传导离子。
框架材料荣膺诺奖：MOF领域的里程碑认可
经过近30年的发展，MOF已从实验室逐步走向解决现实问题的核心材料。早在1989年，罗布森就首次尝试利用金属离子和有机配体构筑出了内部充满孔洞的晶体。随后北川进证明了气体分子能够可逆进入并流出MOF孔道，验证了这类材料的开放多孔和“可呼吸”特性；奥马尔·亚吉则合成了首个结构稳定且永久多孔的MOF晶体，并提出了“网状化学”（Reticular Chemistry）的概念，为按需设计MOF功能提供了理论基础。如今，MOF材料在环境、能源等领域展现出巨大潜能。
值得关注的是，MOF也为新能源材料领域提供了全新的思路：能否利用MOF这样的框架材料来重塑电池界面，从而突破传统材料的性能瓶颈？
MOF外延层：4.2V固态钠电池界面稳定的新方案
探索MOF在正极材料表面上的外延生长行为，是在正极颗粒表面“定制功能化MOF”的关键。近期，中国科学院物理研究所陈立泉院士团队从“配体-衬底”吸附能出发，完整阐释了各向同性MOF外延层（MET-6）在高电压正极材料Na₃V₂O₂(PO₄)₂F（NVOPF）表面上的生长行为。这一发现不仅解决了PEO基聚合物固体电解质高电压分解的挑战，并为MOF外延层用于电极材料铺平道路。
图 2｜表面工程与Na⁺传输机制示意图
a 传统涂层、各向异性外延层与各向同性外延层的生长行为对比示意图。b MOF外延层的设计示意图。MOF外延层由吸附在NVOPF表面的配体触发形成。作为固态电解质，MOF 提供Na⁺传输通道。
具体而言，与传统包覆层不同，各向同性MOF（MET-6）外延层不仅完全钝化了NVOPF的暴露面，MOF自身开放的框架结构还提供了Na⁺扩散通道。在提升正极侧界面稳定性的同时，还保留了优异的倍率性能。在电化学性能测试中，MOF界面层展现出令人瞩目的效果。
综上，这项工作通过各向同性MOF外延生长这一创新策略，成功解决了长期困扰固态钠电池的高电压界面不稳定难题。在4.2V高电压下，PEO基固态钠电池实现了长寿命稳定循环，为高能量密度储能器件的界面工程提供了全新的设计范式。随着MOF材料体系和合成工艺的持续优化，这一框架材料重塑界面的策略有望在下一代高安全、高能量密度电池技术中发挥关键作用，加速固态电池从实验室走向实际应用。
本研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院专项和北京市自然科学基金等项目的资助。相关成果以“Designing an isotropic epilayer for stable 4.2 V solid-state Na batteries”为题，发表于2025年9月的《自然·能源》（Nature Energy）期刊。
