酶具有活性位点以及固有的空腔或口袋，能够选择性地容纳底物和稳定过渡态，提供独特的化学环境，以提高温和条件下的催化反应效率和选择性。受酶系统启发，在过去的几十年里，许多宿主（host）分子被开发出来并展示出吸引人的“主客识别”和“分子间相互作用”的特征。有机宿主分子，如环糊精、冠醚、杯芳烃、葫芦脲、柱芳烃、卟啉以及亚胺分子笼等；无机-有机杂化宿主分子，如金属有机多面体、配位笼等，具有独特的主-客体特性，影响了许多领域，包括识别、传感、仿生催化和智能材料，持续引起科技界强烈的兴趣。在此期间，分别在1987年和2016年诞生了两代诺贝尔奖得主。

酶和宿主分子虽然在溶液化学方面取得了巨大的科学进步，但它们在固体化学方面的发展相对滞后，近年来宿主分子基多孔固体材料引起了研究人员的兴趣。这些多孔固体材料包括：(1) 基于宿主分子单体之间通过共价键连接的共价有机聚合物（COPs）；(2) 基于宿主分子连接器和金属节点通过配位键连接的金属-有机框架（MOFs）。这些基于网格化学的合成工作是利用宿主分子作为构筑单元，然而对于相对惰性的宿主分子和稳定性欠佳的酶来说，要获得永久性多孔材料，发展替代方法是必要的。近年来，采用MOF的孔道封装宿主分子，形成功能材料引起越来越多的兴趣。这些host@MOF材料往往体现出比单个组分更优异的性能，激励科技人员研究MOF在封装酶和宿主分子方面的潜力（图1）。

近日，河北工业大学化工学院能源催化材料团队与杜塞尔多夫大学Christoph Janiak教授合作，聚焦封装宿主分子和酶的MOF材料（图2a），首次对host@MOF材料进行了概念阐述和归纳。与已经广泛研究的guest@MOF材料相比，host@MOF材料可能具有三种域：(i) 宿主分子固有的孔隙或空穴，其可以进一步容纳客体物种（图2b）；（ii）在宿主分子与MOF孔壁之间形成的外孔；（iii）MOF未被占用的原生孔隙（图2a）。重要的是，host@MOF中的“宿主分子”还能封装或锚定功能性的客体物种，获得guest@host@MOF材料（图2b）。host@MOF让人想起俄罗斯套娃，一套大小递减的木制娃娃，一个放在另一个里面（图2d）。host@MOF复合材料的构筑思路为框架材料中研究主客体化学相关应用及更多可能性提供了新的机遇。

该综述通过对封装宿主分子的MOFs材料进行系统归纳和深入分析，着重阐明了host@MOF与guest@host@MOF的概念，以及与传统封装客体的MOF复合材料的区别。首先分析了MOF作为晶态多孔材料的优势。其次，介绍了封装宿主分子及酶的主要方法和需要重点考虑的因素。然后基于宿主分子的类型，分别介绍了含有不同宿主分子和酶的host@MOF材料。进一步讨论了这些复合材料在环境、催化、能源和传感等领域中的应用，并且简要介绍了表征host@MOF材料所用到的一般表征方法。最后，从材料合成、表征及应用三个方面，对host@MOF和guest@host@MOF领域的发展所面临的挑战和机遇提供了见解。

该工作受到国家自然科学基金委（22001178, 21975259）、河北省自然科学基金委（B2021202077, B2022202039, B2024202073）等项目的支持。

相关研究成果以“Host molecules inside metal-organic frameworks: host@MOF and guest@host@MOF (Matrjoschka) materials”为题发表在国际重要学术期刊Chemical Society Reviews上（Chem. Soc. Rev. 2025, DOI: 10.1039/d4cs00371c），王瑞虎研究员、梁均博士和Christoph Janiak教授为共同通讯作者，伍巧博士为第一作者。

原文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/cs/d4cs00371c