金屬-有機框架化合物（Metal-Organic Frameworks，MOFs）是一種新型多孔晶體材料，憑借其獨特的結構特點，在氣體存儲與分離、催化、傳感、藥物遞送等多個領域展現(xiàn)出應用潛力。

MOFs 材料的研究歷史最早可追溯至上世紀 90 年代，當時的研究主要集中于理論的建立和應用的探索方面。直到近年來，隨著業(yè)界對 MOFs 結構認識的加深以及合成技術的進步，MOFs 材料迎來了快速發(fā)展期。

盡管 MOFs 材料擁有諸多優(yōu)點，但其大規(guī)模商業(yè)化應用的過程中仍然面臨一些挑戰(zhàn)，比如成本高昂和穩(wěn)定性較差等問題。

“MOFs 材料從發(fā)現(xiàn)至今已有 30 年的歷史，但現(xiàn)在業(yè)界仍有很多人覺得 MOFs 材料成本高昂。事實上，近幾年隨著一系列創(chuàng)新合成方法的出現(xiàn)，個別種類 MOFs 材料的生產(chǎn)成本已顯著降低。”浙江汶納新材料科技有限責任公司（簡稱汶納新材料）創(chuàng)始人張漩博士告訴「問芯」。

圖｜汶納新材料創(chuàng)始人張漩（來源：受訪者）

張漩博士畢業(yè)于比利時荷語魯汶大學材料工程系，畢業(yè)后留校從事博士后研究工作。回國后，他加盟浙江大學杭州國際科創(chuàng)中心，擔任研究員一職，致力于多孔材料的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。

長期以來，張漩圍繞 MOFs 材料開展了大量探索和研究。“早期階段，我的研究方向主要是探索 MOFs 的特殊合成方法（比如電沉積等），并探索 MOFs 在電化學領域中的應用，特別是電催化和電池等；回國后我們結合國情將研究聚焦在 MOFs 在電池中的應用。”他介紹說。

談及創(chuàng)立汶納新材料的初衷，張漩表示，“MOFs 材料的產(chǎn)業(yè)化應用即將進入爆發(fā)期。2022 年是一個重要時間節(jié)點，在此之前，MOFs 材料的產(chǎn)業(yè)化進展較為緩慢；而在此之后，業(yè)界對 MOFs 的關注度顯著提升。事實也證明了我們當初的預判，2023 年 MOFs 材料行業(yè)迎來了前所未有的快速發(fā)展。”他介紹道。

基于對行業(yè)趨勢的把握，張漩于 2022 年創(chuàng)立了汶納新材料，專注于 MOFs 材料的開發(fā)和應用，他相信隨著 MOFs 材料成本下降至較多應用普遍可接受的范圍，其完全可以步入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的道路。

創(chuàng)辦公司聚焦 MOFs 材料在電池領域的應用

“汶納新材料的成立是在德方納米創(chuàng)始人吉學文先生的資助下完成的，公司的架構主要是由我的團隊和吉學文先生的團隊組成。”張漩介紹道，“我的團隊側重于基礎研發(fā)、工藝探索與應用場景構建，特別是在 MOFs 材料的制備和應用；吉學文先生的團隊則側重于工程方向，包括小試中設備的搭建與選型等。此外，公司目前也正與我的博士畢業(yè)院校比利時荷語魯汶大學開展一些合作。”

圍繞公司的業(yè)務布局，張漩透露：“一方面專注于 MOFs 材料的規(guī)模化生產(chǎn)，當前年產(chǎn)能已經(jīng)達到了 20 噸級的水平；另一方面，我們也在不斷探索和挖掘 MOFs 材料的應用場景，目前主要側重電池領域的相關應用。”他表示。

據(jù)介紹，由于 MOFs 材料本身擁有超大的比表面積和超高的孔隙率，且其孔道結構規(guī)則可調(diào)，長期以來業(yè)界希望將其用于“吸附和分離”的應用場景，然而 MOFs 材料穩(wěn)定性欠佳，導致其使用壽命較短，因此難以大規(guī)模商用。

圖｜MOFs 材料的應用場景（來源：公司官網(wǎng)）

“我們轉變思路，將研究重心落在電池領域。鑒于電池是一個相對封閉的體系，其本身屬于無水無氧的環(huán)境，并且電池體系中溶劑對 MOFs 孔道的填充有助于其保持結構穩(wěn)定，這些特征恰好彌補了 MOFs 材料的短板。”張漩指出。“我們創(chuàng)新性地把 MOFs 材料作為一種新型的涂覆材料，將其涂覆在電池隔膜上，替代氧化鋁、氧化硅等傳統(tǒng)無機涂覆材料，此舉有望在有效提升電池性能的同時降低其制造成本。”他說道。

“除了開發(fā)電池涂覆材料，我們也在探索 MOFs 材料做為一類新的固態(tài)電解質(zhì)的可能性。目前 MOFs 基材料展現(xiàn)出了出色離子電導性能，并在可加工性和界面穩(wěn)定性等多個方面更具優(yōu)勢，另外相較于氧化物、硫化物等其他固態(tài)電解質(zhì)材料， MOFs 材料在成本方面也更具優(yōu)勢。”張漩表示。“對于涂覆產(chǎn)品，我們現(xiàn)階段正在與多家企業(yè)進行聯(lián)合進行驗證；對于固態(tài)電解質(zhì)產(chǎn)品，由于技術不夠成熟，相較于涂覆產(chǎn)品開發(fā)要慢一些，我們正在致力于 MOFs 基固態(tài)電解質(zhì)膜的規(guī)模制備工藝，預計明年上半年能夠徹底攻克該技術的難點問題。”他補充道。

“電池對于價格成本方面較為敏感，目前我們已經(jīng)突破 MOFs 材料規(guī)模化生產(chǎn)所面臨的成本瓶頸，這預示著 MOFs 材料在電池這個應用領域?qū)笥凶鳛椤！睆堜霰硎尽?/p>

圖｜汶納新材料開發(fā)的 MOFs 產(chǎn)品（來源：公司官網(wǎng)）

現(xiàn)階段，“我們通過新材料的替代希望能夠提升電池安全性能（溫度升高導致的電池隔膜收縮是電池存在的重要安全隱患），還希望通過 MOFs 材料賦予電池隔膜更多維度的性能，比如增加保液量和均勻離子流（MOFs 材料相對于氧化鋁來說具有規(guī)則的孔道結構，更有利于離子的均勻傳輸）等。”他說道。

曾有業(yè)內(nèi)人士預測，多孔材料在 21 世紀的重要性或?qū)⒈燃缢芰显?20 世紀的地位。“MOFs 材料堪稱是整個科學領域發(fā)文量第一名的材料。除了電池領域，MOFs 材料在民生、國防、工業(yè)和醫(yī)療等多個領域均展現(xiàn)出巨大的應用潛力。”張漩指出。例如，借助 MOFs 材料本身的結構特性，可以將其作為藥物載體，實現(xiàn)藥物在體內(nèi)緩釋的效果，也可以靶向遞送藥物；借助 MOFs 材料孔道結構規(guī)則且可調(diào)控的特點，可以實現(xiàn)氣體的有效分離。

盡管 MOFs 材料優(yōu)勢眾多，但也存在一些挑戰(zhàn)。在張漩看來，大體可歸納為三個方面：其一，大規(guī)模制備；其二，器件化工藝相對缺乏；其三，目前還沒有真正大規(guī)模商業(yè)應用的方向。“針對前兩個方面，現(xiàn)階段已經(jīng)基本得到解決。隨著新型合成技術的開發(fā)，我們目前規(guī)模化生產(chǎn) MOFs 材料成本已經(jīng)達到較低的水平。”他說道，“但是第三方面的挑戰(zhàn)依然存在，業(yè)界目前針對 MOFs 材料還沒找到一個非常契合的應用方向，缺乏一個可規(guī)模化的商業(yè)應用場景使其能夠大規(guī)模商業(yè)化應用。”他補充說。

“以我們所聚焦的電池應用場景為例，現(xiàn)階段仍然需要進行驗證。在攻克了 MOFs 材料的低成本、大規(guī)模制備的難點之后，下一個階段就是在應用層面的驗證，而這也是公司當前面臨最核心的任務之一，驗證的過程往往需要耗費大量時間。”張漩說道。

據(jù)介紹，圍繞 MOFs 材料的制備，汶納新材料采用了一條較為特殊的合成路徑。“就目前而言，不論是專利、報道，或是發(fā)表的論文，我們還沒有發(fā)現(xiàn)合成路徑跟我們相同的。基于我們自主開發(fā)方法，實現(xiàn)了較低的成本。”張漩指出。“去年，我們已在實驗室順利完成小試，當時產(chǎn)量已經(jīng)達到公斤級水平，目前正處于小試向中試過渡的階段。”他表示。

依托國內(nèi)電池產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢與國際材料巨頭競爭

對于 MOFs 材料的市場規(guī)模，張漩坦言，當前市場規(guī)模還比較小，大多數(shù)企業(yè)基本上都處于驗證的階段，尚未實現(xiàn)大規(guī)模應用。“正如剛才所提到的，市場規(guī)模比較小的主要原因是在于 MOFs 材料還沒有找到一個與之契合的商業(yè)化應用場景。”

“但我覺得這個問題很快就能得到解決，因為商業(yè)化應用契合與否和成本緊密相關。具體而言，成本越低，商業(yè)化應用的范圍就越廣，隨著 MOFs 材料成本的下降，其能夠應用的范圍和場景越發(fā)廣泛，最終找到與之契合的商業(yè)化場景的概率就會大幅提升。”他解釋說。

他預測，市場的反饋大約在一兩年內(nèi)就會逐漸呈現(xiàn)。“隨著 MOFs 材料成本下降這一優(yōu)勢被業(yè)界更多人所知曉，圍繞該材料的大規(guī)模驗證工作很快就會啟動。所以未來 MOFs 材料的發(fā)展趨勢將會在商業(yè)應用場景確定后呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。”他表示。僅在電池產(chǎn)業(yè)，MOFs 材料替代傳統(tǒng)的涂覆材料的應用就具備很大的市場規(guī)模。

圖｜汶納新材料公司研發(fā)實驗室（來源：受訪者）

“在材料端，我們會通過技術研發(fā)（包括合成路徑、材料后修飾等）保持優(yōu)勢，尤其是成本方面的優(yōu)勢；在應用端，我們會跟相關企業(yè)一塊合作，根據(jù)應用場景不斷優(yōu)化改進產(chǎn)品。在優(yōu)化到某個程度以后，產(chǎn)品與應用場景能夠很好地契合，進而得到最終產(chǎn)品。這個過程對于后來者而言是一個較高的壁壘。”張漩指出。

“以巴斯夫為例，要在材料合成方面與之正面競爭非常困難，但突破口恰恰在于應用場景。”他進一步闡述道，“應用場景的建立是比較困難的。在幾年前，業(yè)界對于 MOFs 材料在電池中直接應用還鮮有關注，這意味著大家在該領域基本處于同一起跑線上。更為關鍵的是，國內(nèi)電池產(chǎn)業(yè)占據(jù)顯著優(yōu)勢，產(chǎn)業(yè)鏈的主要環(huán)節(jié)基本上都在國內(nèi)，上下游資源比較充沛。相較之下，國外大多數(shù)團隊相關研究成本較高，且工業(yè)驗證更是非常困難。”他指出。

“我們之所以定位在電池領域，是因為發(fā)現(xiàn)國內(nèi)的電池產(chǎn)業(yè)在全球范圍內(nèi)屬于優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。在這個前提下，我們與國際領先企業(yè)展開競爭時更有可能占據(jù)優(yōu)勢地位；另外，我們圍繞 MOFs 材料在電池領域這個應用場景走通了以后，國際企業(yè)也難以追趕。”張漩表示。

產(chǎn)品的研發(fā)也并非一帆風順，張漩坦言，“經(jīng)歷過多次碰壁之后，我們深刻認識到要多尋求合作，尤其是多尋求產(chǎn)業(yè)界人士的幫助，是突破瓶頸的關鍵。”圍繞技術和產(chǎn)品開發(fā)，截止目前，汶納新材料已獲得 8 項技術專利，并且還有超過 20 項專利正在申請之中。

談及未來的融資計劃時，張漩透露道，“我們希望能夠在明年啟動第二輪融資。此前，公司已經(jīng)順利完成了第一輪（即種子輪）融資。我們期望能夠吸引更多產(chǎn)業(yè)資本注入，尤其是希望上下游產(chǎn)業(yè)的資本能夠加入進來，共同開展產(chǎn)品驗證工作，將大幅加快驗證進程。”

訪談接近尾聲，張漩也談到了創(chuàng)業(yè)過程的一些感悟。從一名科研工作者轉變?yōu)槠髽I(yè)管理者，身份的變化導致所關注的方向也有所不同。在他看來，“我覺得做自然科學的研究與經(jīng)營制造業(yè)企業(yè)之間存在著一定的關聯(lián)，在本質(zhì)上所需要的精神、品質(zhì)其實是相通的。”比如，自然科學研究者做科研的時候追求嚴謹與精益求精的態(tài)度，這在產(chǎn)業(yè)界中體現(xiàn)為對產(chǎn)品質(zhì)量等技術指標的嚴苛把控。

“作為自然科學研究者出身的我已將這份意識根植于心，此外我還意識到除了深耕技術研發(fā)外，還需要關注團隊溝通、企業(yè)管理、市場推廣等多個方面，這些正是我不斷探索與學習的方向。”張漩總結道。

參考資料：

1.http://www.wennatech.cn/

2.http://www.wennatech.cn/h-col-101.html

3.http://www.wennatech.cn/h-col-103.html

4.http://www.wennatech.cn/h-col-106.html