Page 25 - 《华中农业大学学报（自然科学版）》2022年第2期

第41卷 第2期 华 中 农 业 大 学 学 报 Vol.41 No.2
2022年 3月 Journal of Huazhong Agricultural University Mar. 2022，20~29

杜昌文，周健民.金属有机框架（MOF）材料及其在新型缓控释肥料中的应用［J］.华中农业大学学报，2022，41（2）：20⁃29.
DOI：10.13300/j.cnki.hnlkxb.2022.02.003

金属有机框架（MOF）材料及其在

新型缓控释肥料中的应用

杜昌文 ，周健民 1
1，2
1.中国科学院南京土壤研究所/土壤与农业可持续发展国家重点实验室，南京 210008；
2.中国科学院大学现代农业科学学院，北京100049

摘要 缓控释肥料养分的释放因能更好地与作物需求相匹配而使得养分利用率高，是提升养分利用率的重
要手段之一，而金属有机框架（metal organic frameworks，MOF）为新型缓控释肥料的研发提供了新的思路。
MOF 是一种基于分子设计的新型团簇功能多孔化合物，具有比表面积大、孔隙率高、构型多样及结构可调控等
优点，在化学、材料、医学、生物传感等领域得到广泛应用，现在也开始应用于农业。本文根据MOF的组成结构、
功能特点和合成方法，探讨了 MOF 应用于新型缓控释肥料的特点和进展，进而阐述了 MOF 类新型缓控释肥料
未来的发展方向，可根据作物对养分的需求从分子层面定向设计引入特定营养元素，为缓控释肥料的研制提供
新的技术支撑。
关键词 养分利用；缓控释肥料；金属有机框架（MOF）；环境影响；养分负载与释放
中图分类号 S145.5；O641.4 文献标识码 A 文章编号 1000-2421（2022）02-0020-10

化肥是作物的粮食，也是我国粮食安全的重要 ganic frameworks，MOF）材料则为缓控释肥料的研
保障，但化肥的大量施用使得其利率降低，不但造成 发和应用提供新的技术支撑 ［4-5］ 。
了大量的资源浪费，也是农业面源污染主要因素之 Hoskins 等 于 1989 年合成了一类由金属离子
［6］
一。根据我国对可持续发展和生态农业的要求，要 与有机配体相连接的无机-有机材料，开辟了晶体材
想利用有限的耕地面积实现最高的产量，同时减少 料领域的研究。此后，Yaghi 等 ［7-8］ 首次报道了一种
化肥损失及其对环境的污染，提高化肥利用率是关 具有三维结构的金属有机框架材料 MOF-5，MOF 由
［1］
键 。农艺措施、测土配方施肥、分次施肥、平衡施
此诞生。这类材料是以金属或金属簇为节点，有机
肥、氮肥深施以及选取适宜的肥料品种等均能有效
物为连接体，通过配位方式自组装构成的具有一维、
减少肥料流失；灌溉也是调控土壤养分运移的关键
二维或三维周期性结构的晶体多孔材料，MOF 在化
因子，根据不同作物品种、作物生育期实施科学的灌
学、材料、医学和环境科学等领域被广泛应用，并成
溉管理也可以提高肥料养分利用率，而新型肥料的
为研究热点之一，近 10年来，发表的相关论文逐年增
研发和应用也成为化肥利用率的重要措施之一。从
加（图 1A）。MOF自 2010年起也开始在农业领域应
20 世纪 60 年代开始，新型肥料缓控释肥料的研发和
用（图 1B），特别在近 5 年来发展较快，并在新型肥料
应用不断加强。缓控释肥料能够根据作物的生长和
需肥规律持续稳定的释放养分，一次施用就可满足 应用方面体现了应用潜力，但相对于其他行业，在农
作物整个生育期对养分的需求。不仅节约了劳动力 业领域的相关论文只占总论文数的 1.4%，而在肥料
成本和提高了养分利用率，而且还能减轻施肥所引 化应用方面不到 10 篇（https：//www.webofscience.
［2］
起的环境问题 。常规的缓控释肥料主要包括包膜 com/wos/alldb/analyze-results/0b48fe7b-9d02-41db-
型（如聚合物包膜肥料）和化合型（如脲甲醛）两大 860c-5f61153a47c9-27a2c41e），表明在 MOF 肥料应
类，各具功能和特点 ［3］ ，而金属有机框架（metal or⁃ 用中还处于起步阶段 。

收稿日期：2021-11-28
基金项目：中国科学院战略性先导科技专项（XDA28120400）
杜昌文，E-mail：chwdu@issas.ac.cn