金属-有机框架化合物（Metal-Organic Frameworks，MOFs）是一种新型多孔晶体材料，凭借其独特的结构特点，在气体存储与分离、催化、传感、药物递送等多个领域展现出应用潜力。
MOFs 材料的研究历史最早可追溯至上世纪 90 年代，当时的研究主要集中于理论的建立和应用的探索方面。直到近年来，随着业界对 MOFs 结构认识的加深以及合成技术的进步，MOFs 材料迎来了快速发展期。
尽管 MOFs 材料拥有诸多优点，但其大规模商业化应用的过程中仍然面临一些挑战，比如成本高昂和稳定性较差等问题。
“MOFs 材料从发现至今已有 30 年的历史，但现在业界仍有很多人觉得 MOFs 材料成本高昂。事实上，近几年随着一系列创新合成方法的出现，个别种类 MOFs 材料的生产成本已显著降低。”浙江汶纳新材料科技有限责任公司（简称汶纳新材料）创始人张漩博士告诉「问芯」。
图｜汶纳新材料创始人张漩（来源：受访者）
张漩博士毕业于比利时荷语鲁汶大学材料工程系，毕业后留校从事博士后研究工作。回国后，他加盟浙江大学杭州国际科创中心，担任研究员一职，致力于多孔材料的研发及产业化。
长期以来，张漩围绕 MOFs 材料开展了大量探索和研究。“早期阶段，我的研究方向主要是探索 MOFs 的特殊合成方法（比如电沉积等），并探索 MOFs 在电化学领域中的应用，特别是电催化和电池等；回国后我们结合国情将研究聚焦在 MOFs 在电池中的应用。”他介绍说。
谈及创立汶纳新材料的初衷，张漩表示，“MOFs 材料的产业化应用即将进入爆发期。2022 年是一个重要时间节点，在此之前，MOFs 材料的产业化进展较为缓慢；而在此之后，业界对 MOFs 的关注度显著提升。事实也证明了我们当初的预判，2023 年 MOFs 材料行业迎来了前所未有的快速发展。”他介绍道。
基于对行业趋势的把握，张漩于 2022 年创立了汶纳新材料，专注于 MOFs 材料的开发和应用，他相信随着 MOFs 材料成本下降至较多应用普遍可接受的范围，其完全可以步入产业化发展的道路。
创办公司聚焦 MOFs 材料在电池领域的应用
“汶纳新材料的成立是在德方纳米创始人吉学文先生的资助下完成的，公司的架构主要是由我的团队和吉学文先生的团队组成。”张漩介绍道，“我的团队侧重于基础研发、工艺探索与应用场景构建，特别是在 MOFs 材料的制备和应用；吉学文先生的团队则侧重于工程方向，包括小试中设备的搭建与选型等。此外，公司目前也正与我的博士毕业院校比利时荷语鲁汶大学开展一些合作。”
围绕公司的业务布局，张漩透露：“一方面专注于 MOFs 材料的规模化生产，当前年产能已经达到了 20 吨级的水平；另一方面，我们也在不断探索和挖掘 MOFs 材料的应用场景，目前主要侧重电池领域的相关应用。”他表示。
据介绍，由于 MOFs 材料本身拥有超大的比表面积和超高的孔隙率，且其孔道结构规则可调，长期以来业界希望将其用于“吸附和分离”的应用场景，然而 MOFs 材料稳定性欠佳，导致其使用寿命较短，因此难以大规模商用。
图｜MOFs 材料的应用场景（来源：公司官网）
“我们转变思路，将研究重心落在电池领域。鉴于电池是一个相对封闭的体系，其本身属于无水无氧的环境，并且电池体系中溶剂对 MOFs 孔道的填充有助于其保持结构稳定，这些特征恰好弥补了 MOFs 材料的短板。”张漩指出。“我们创新性地把 MOFs 材料作为一种新型的涂覆材料，将其涂覆在电池隔膜上，替代氧化铝、氧化硅等传统无机涂覆材料，此举有望在有效提升电池性能的同时降低其制造成本。”他说道。
“除了开发电池涂覆材料，我们也在探索 MOFs 材料做为一类新的固态电解质的可能性。目前 MOFs 基材料展现出了出色离子电导性能，并在可加工性和界面稳定性等多个方面更具优势，另外相较于氧化物、硫化物等其他固态电解质材料， MOFs 材料在成本方面也更具优势。”张漩表示。“对于涂覆产品，我们现阶段正在与多家企业进行联合进行验证；对于固态电解质产品，由于技术不够成熟，相较于涂覆产品开发要慢一些，我们正在致力于 MOFs 基固态电解质膜的规模制备工艺，预计明年上半年能够彻底攻克该技术的难点问题。”他补充道。
“电池对于价格成本方面较为敏感，目前我们已经突破 MOFs 材料规模化生产所面临的成本瓶颈，这预示着 MOFs 材料在电池这个应用领域将会大有作为。”张漩表示。
图｜汶纳新材料开发的 MOFs 产品（来源：公司官网）
现阶段，“我们通过新材料的替代希望能够提升电池安全性能（温度升高导致的电池隔膜收缩是电池存在的重要安全隐患），还希望通过 MOFs 材料赋予电池隔膜更多维度的性能，比如增加保液量和均匀离子流（MOFs 材料相对于氧化铝来说具有规则的孔道结构，更有利于离子的均匀传输）等。”他说道。
曾有业内人士预测，多孔材料在 21 世纪的重要性或将比肩塑料在 20 世纪的地位。“MOFs 材料堪称是整个科学领域发文量第一名的材料。除了电池领域，MOFs 材料在民生、国防、工业和医疗等多个领域均展现出巨大的应用潜力。”张漩指出。例如，借助 MOFs 材料本身的结构特性，可以将其作为药物载体，实现药物在体内缓释的效果，也可以靶向递送药物；借助 MOFs 材料孔道结构规则且可调控的特点，可以实现气体的有效分离。
尽管 MOFs 材料优势众多，但也存在一些挑战。在张漩看来，大体可归纳为三个方面：其一，大规模制备；其二，器件化工艺相对缺乏；其三，目前还没有真正大规模商业应用的方向。“针对前两个方面，现阶段已经基本得到解决。随着新型合成技术的开发，我们目前规模化生产 MOFs 材料成本已经达到较低的水平。”他说道，“但是第三方面的挑战依然存在，业界目前针对 MOFs 材料还没找到一个非常契合的应用方向，缺乏一个可规模化的商业应用场景使其能够大规模商业化应用。”他补充说。
“以我们所聚焦的电池应用场景为例，现阶段仍然需要进行验证。在攻克了 MOFs 材料的低成本、大规模制备的难点之后，下一个阶段就是在应用层面的验证，而这也是公司当前面临最核心的任务之一，验证的过程往往需要耗费大量时间。”张漩说道。
据介绍，围绕 MOFs 材料的制备，汶纳新材料采用了一条较为特殊的合成路径。“就目前而言，不论是专利、报道，或是发表的论文，我们还没有发现合成路径跟我们相同的。基于我们自主开发方法，实现了较低的成本。”张漩指出。“去年，我们已在实验室顺利完成小试，当时产量已经达到公斤级水平，目前正处于小试向中试过渡的阶段。”他表示。
依托国内电池产业优势与国际材料巨头竞争
对于 MOFs 材料的市场规模，张漩坦言，当前市场规模还比较小，大多数企业基本上都处于验证的阶段，尚未实现大规模应用。“正如刚才所提到的，市场规模比较小的主要原因是在于 MOFs 材料还没有找到一个与之契合的商业化应用场景。”
“但我觉得这个问题很快就能得到解决，因为商业化应用契合与否和成本紧密相关。具体而言，成本越低，商业化应用的范围就越广，随着 MOFs 材料成本的下降，其能够应用的范围和场景越发广泛，最终找到与之契合的商业化场景的概率就会大幅提升。”他解释说。
他预测，市场的反馈大约在一两年内就会逐渐呈现。“随着 MOFs 材料成本下降这一优势被业界更多人所知晓，围绕该材料的大规模验证工作很快就会启动。所以未来 MOFs 材料的发展趋势将会在商业应用场景确定后呈现爆发式增长。”他表示。仅在电池产业，MOFs 材料替代传统的涂覆材料的应用就具备很大的市场规模。
图｜汶纳新材料公司研发实验室（来源：受访者）
“在材料端，我们会通过技术研发（包括合成路径、材料后修饰等）保持优势，尤其是成本方面的优势；在应用端，我们会跟相关企业一块合作，根据应用场景不断优化改进产品。在优化到某个程度以后，产品与应用场景能够很好地契合，进而得到最终产品。这个过程对于后来者而言是一个较高的壁垒。”张漩指出。
“以巴斯夫为例，要在材料合成方面与之正面竞争非常困难，但突破口恰恰在于应用场景。”他进一步阐述道，“应用场景的建立是比较困难的。在几年前，业界对于 MOFs 材料在电池中直接应用还鲜有关注，这意味着大家在该领域基本处于同一起跑线上。更为关键的是，国内电池产业占据显著优势，产业链的主要环节基本上都在国内，上下游资源比较充沛。相较之下，国外大多数团队相关研究成本较高，且工业验证更是非常困难。”他指出。
“我们之所以定位在电池领域，是因为发现国内的电池产业在全球范围内属于优势产业。在这个前提下，我们与国际领先企业展开竞争时更有可能占据优势地位；另外，我们围绕 MOFs 材料在电池领域这个应用场景走通了以后，国际企业也难以追赶。”张漩表示。
产品的研发也并非一帆风顺，张漩坦言，“经历过多次碰壁之后，我们深刻认识到要多寻求合作，尤其是多寻求产业界人士的帮助，是突破瓶颈的关键。”围绕技术和产品开发，截止目前，汶纳新材料已获得 8 项技术专利，并且还有超过 20 项专利正在申请之中。
谈及未来的融资计划时，张漩透露道，“我们希望能够在明年启动第二轮融资。此前，公司已经顺利完成了第一轮（即种子轮）融资。我们期望能够吸引更多产业资本注入，尤其是希望上下游产业的资本能够加入进来，共同开展产品验证工作，将大幅加快验证进程。”
访谈接近尾声，张漩也谈到了创业过程的一些感悟。从一名科研工作者转变为企业管理者，身份的变化导致所关注的方向也有所不同。在他看来，“我觉得做自然科学的研究与经营制造业企业之间存在着一定的关联，在本质上所需要的精神、品质其实是相通的。”比如，自然科学研究者做科研的时候追求严谨与精益求精的态度，这在产业界中体现为对产品质量等技术指标的严苛把控。
“作为自然科学研究者出身的我已将这份意识根植于心，此外我还意识到除了深耕技术研发外，还需要关注团队沟通、企业管理、市场推广等多个方面，这些正是我不断探索与学习的方向。”张漩总结道。
参考资料：
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
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