Design Strategies and Applications of Stimuli-Responsive Metal-Organic Framework-Based Smart Membranes
금속유기골격체(metal-organic frameworks, MOFs)는 정밀한 기공 설계와 구조적 유연성을 바탕으로 차세대 분리 막 소재로서 광범위하게 연구되고 있다. 최근에는 단순한 분자체 기능을 넘어, 외부 자극에 반응하여 물리⋅화학적 구조를 가 역적으로 변화시키는 자극 응답형 MOF (stimuli-responsive MOFs, SRMOFs)를 활용해 분리 성능을 능동적으로 제어하려는 시도가 주목을 받고 있다. 본 원고에서는 SRMOF 분리막의 기능적 근간이 되는 핵심 소재 설계 전략인 감응성 분자 함침, 사 후 합성 변형을 통한 감응성 펜던트기 도입, 감응성 리간드 기반의 골격 자체 기능화와 더불어 고유 유연성 활용에 관해 소 개한다. 이어서 이러한 소재들이 분리막으로 제조되었을 때 빛, pH, 온도, 압력, 전장 자극에 동조하여 발현되는 고유의 응답 메커니즘과 구체적인 분리 성능 제어 사례들을 체계적으로 고찰한다. 최종적으로 SRMOF 분리막의 산업적 적용을 견인하기 위해 확보되어야 할 미래 연구 방향을 제언하고자 한다.
Metal-organic frameworks (MOFs) have been extensively investigated as next-generation membrane materials owing to their precise pore designability and structural flexibility. Beyond functioning as conventional static molecular sieves, stimuli-responsive MOFs (SRMOFs), which undergo reversible physical and chemical structural transformations in response to external stimuli, have recently attracted significant attention for actively controlling separation performance. This review introduces the material design strategies that underpin the functionality of SRMOF membranes, including responsive unit impregnation, pendant group functionalization, backbone functionalization, and intrinsic framework flexibility. Subsequently, we systematically examine the unique response mechanisms and specific separation performance control cases demonstrated by these materials when fabricated into membranes under synchronized exposure to five major external stimuli: light, pH, temperature, pressure, and electric fields. Finally, we propose future research directions required to bridge the gap toward industrial implementation, aiming to drive the commercialization of smart separation platforms.