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基础化工行业周专题:COFs专题研究:大有可为的有机多孔材料

基础化工行业周专题:COFs专题研究:大有可为的有机多孔材料

研报

基础化工行业周专题:COFs专题研究:大有可为的有机多孔材料

  三大痛点使得COFs材料产业化受阻   多孔材料因吸附和催化功能优异,近年来备受关注,其中COFs因为稳定性高、密度低等优势,具备大规模商业化应用的价值,而通过单体的调整改变孔径大小,更是赋予了COFs材料在设计和应用方面更多的可能。受制于发展时间较短、主流的溶剂热法难以实现大规模制备、结晶度痛点使得核心性能难以同时满足等因素,COFs材料的产业化进程相对较慢。   规模化制备的突破传递出积极信号   COFs技术壁垒主要在于:多学科交叉、大规模制备、高结晶度的获取。溶剂热法是COFs制备最为成熟的方法,但难以大规模工业化。近年来南开大学张振杰教授开发的熔融聚合法实现了公斤级突破,且成本从5万美元/kg优化至百美元/kg以下,有望率先实现COFs的大规模工业化生产。随着在不可逆反应得到的材料基础上持续优化迭代,高结晶度的痛点亦将被解决。   COFs可能是最出色的气体吸附材料   COFs可用于水污染治理及海水脱盐、也可能是最出色的气体吸附材料;可作为锂离子电池的电极材料、隔膜、电解质以及储能材料;可作为无金属催化剂或者催化剂载体;并可在生物医学的多个细分领域发挥作用。   以MOFs为鉴,COFs商业化进程或加速   MOFs比COFs早发现十年,如今MOFs的商业化应用已初见端倪,巴斯夫和碳语新材皆宣布已实现MOFs商业化规模生产。据不完全统计,2022年MOFs市场规模达22.24亿元,预计2028年将达到87.15亿元,年复合增长速率超25%。而相比MOFs,COFs解决结晶度痛点后有望在工业领域发挥更佳的效果。纵观MOFs产业化之路,理论基础的积累、时间的沉淀、业界的推动是必备要素,而COFs有望在这些进程上获得加速。   投资建议:关注COFs产业化进程   COFs是一类性能极佳,有望在多个领域发挥较大作用的有机多孔新材料,但目前受制于难以大规模制备、高结晶度获取困难使得性能难以平衡,COFs的产业化进展缓慢。但近期规模化制备方面已展现出积极信号,科学技术的进步也将解决高结晶度的痛点,我们认为可积极关注COFs产业化进程。   相关标的:宝丽迪   宝丽迪是国内纤维母粒龙头,公司联手国内COFs领军人物—南开大学张振杰教授,共同推进COFs材料的量产与商业化进程。   风险提示:COFs材料规模化生产遭遇瓶颈、市场拓展不及预期、成果和设备转化风险、知识产权风险
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  • 化学制品
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    国联证券股份有限公司

  • 发布日期:

    2024-03-17

  • 页数:

    27页

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  三大痛点使得COFs材料产业化受阻

  多孔材料因吸附和催化功能优异,近年来备受关注,其中COFs因为稳定性高、密度低等优势,具备大规模商业化应用的价值,而通过单体的调整改变孔径大小,更是赋予了COFs材料在设计和应用方面更多的可能。受制于发展时间较短、主流的溶剂热法难以实现大规模制备、结晶度痛点使得核心性能难以同时满足等因素,COFs材料的产业化进程相对较慢。

  规模化制备的突破传递出积极信号

  COFs技术壁垒主要在于:多学科交叉、大规模制备、高结晶度的获取。溶剂热法是COFs制备最为成熟的方法,但难以大规模工业化。近年来南开大学张振杰教授开发的熔融聚合法实现了公斤级突破,且成本从5万美元/kg优化至百美元/kg以下,有望率先实现COFs的大规模工业化生产。随着在不可逆反应得到的材料基础上持续优化迭代,高结晶度的痛点亦将被解决。

  COFs可能是最出色的气体吸附材料

  COFs可用于水污染治理及海水脱盐、也可能是最出色的气体吸附材料;可作为锂离子电池的电极材料、隔膜、电解质以及储能材料;可作为无金属催化剂或者催化剂载体;并可在生物医学的多个细分领域发挥作用。

  以MOFs为鉴,COFs商业化进程或加速

  MOFs比COFs早发现十年,如今MOFs的商业化应用已初见端倪,巴斯夫和碳语新材皆宣布已实现MOFs商业化规模生产。据不完全统计,2022年MOFs市场规模达22.24亿元,预计2028年将达到87.15亿元,年复合增长速率超25%。而相比MOFs,COFs解决结晶度痛点后有望在工业领域发挥更佳的效果。纵观MOFs产业化之路,理论基础的积累、时间的沉淀、业界的推动是必备要素,而COFs有望在这些进程上获得加速。

  投资建议:关注COFs产业化进程

  COFs是一类性能极佳,有望在多个领域发挥较大作用的有机多孔新材料,但目前受制于难以大规模制备、高结晶度获取困难使得性能难以平衡,COFs的产业化进展缓慢。但近期规模化制备方面已展现出积极信号,科学技术的进步也将解决高结晶度的痛点,我们认为可积极关注COFs产业化进程。

  相关标的:宝丽迪

  宝丽迪是国内纤维母粒龙头,公司联手国内COFs领军人物—南开大学张振杰教授,共同推进COFs材料的量产与商业化进程。

  风险提示:COFs材料规模化生产遭遇瓶颈、市场拓展不及预期、成果和设备转化风险、知识产权风险

中心思想

本报告的核心观点是:共价有机框架材料(COFs)作为一种新型有机多孔材料,具有显著的性能优势,但在规模化制备和高结晶度获取方面面临挑战,产业化进程相对缓慢。然而,近期规模化制备取得突破性进展,为COFs的商业化应用带来了积极信号。报告建议关注COFs产业化进程,并分析了其在多个领域的应用前景及潜在风险。

COFs产业化面临的机遇与挑战

COFs材料凭借其优异的性能,在多个领域展现出巨大的应用潜力。然而,其产业化进程受制于规模化制备技术和高结晶度获取的瓶颈。近年来,南开大学张振杰教授团队在熔融聚合法方面取得的突破,为解决规模化制备难题提供了新的途径,降低了制备成本,并实现了公斤级甚至千克级的COFs合成。但高结晶度的获取仍然是COFs产业化的关键挑战,需要进一步的技术突破。

MOFs产业化经验对COFs的启示

MOFs的成功商业化经验为COFs的产业化提供了宝贵的参考。MOFs产业化的成功,离不开理论基础的长期积累、时间的沉淀以及业界企业的积极推动。COFs虽然起步较晚,但其发展速度迅速,有望在这些方面获得加速。尤其是在成本和规模化制备方面,COFs由于其纯有机结构和无需金属参与的特点,可能具备超越MOFs的优势。

主要内容

本报告详细分析了COFs材料的特性、制备方法、应用前景以及产业化现状,并与MOFs材料进行了对比分析。

COFs材料的特性及优势

报告首先介绍了多孔材料的分类及COFs材料的结构特点,强调了COFs材料在有序孔道结构、结构可预测性、结构多样性、易功能化、稳定性和低密度等方面的优势。这些优势使其在气体存储与分离、催化、水处理、锂电池和生物医学等领域展现出巨大的应用潜力。

COFs材料产业化瓶颈及突破

报告深入探讨了COFs材料产业化进程中面临的挑战,包括规模化制备的困难和高结晶度获取的难题。传统溶剂热法难以实现大规模制备,而近年来兴起的熔融聚合法为解决这一难题提供了新的思路。报告详细介绍了熔融聚合法,并分析了其在降低成本和提高产能方面的优势。此外,报告还探讨了通过后修饰、控制形貌等方法来进一步提升COFs材料性能的策略。

COFs材料在不同领域的应用前景

报告系统地阐述了COFs材料在各个领域的应用前景,包括:

  • 水处理: COFs材料可用于去除水中的重金属离子、有机污染物和放射性核素,以及海水脱盐。
  • 气体存储与分离: COFs材料是目前最出色的气体吸附材料之一,可用于氢气、甲烷和二氧化碳的存储,以及从C2混合物中分离纯化乙烯。
  • 锂离子电池: COFs材料可作为锂离子电池的电极材料、隔膜和电解质,具有提高电池性能的潜力。
  • 催化: COFs材料可作为无金属催化剂或催化剂载体,具有环保和成本优势。
  • 生物医学: COFs材料在光动力疗法(PDT)、基因传递、药物传递等生物医学领域展现出良好的应用前景。

MOFs产业化经验及对COFs的启示

报告对MOFs材料的产业化历程进行了回顾,总结了MOFs产业化的三个关键因素:理论基础的积累、时间的沉淀和业界企业的推动。并分析了MOFs产业化经验对COFs产业化的启示,指出COFs有望在成本和市场拓展速度上超越MOFs。

投资建议及风险提示

报告最后给出了投资建议:关注COFs产业化进程。并指出了COFs产业化过程中可能面临的风险,包括规模化生产瓶颈、市场拓展不及预期、成果和设备转化风险以及知识产权风险。

总结

本报告对共价有机框架材料(COFs)的市场前景进行了深入分析。COFs材料凭借其独特的结构优势和优异的性能,在多个领域展现出巨大的应用潜力。虽然规模化制备和高结晶度获取仍然是COFs产业化面临的主要挑战,但近年来在熔融聚合法方面的突破为其商业化应用带来了希望。 MOFs的产业化经验为COFs的发展提供了借鉴,而COFs自身在成本和性能上的优势也使其有望在未来取得更大的突破。 投资者应关注COFs产业化进程,同时也要谨慎评估其潜在的市场风险。 宝丽迪与南开大学张振杰教授的合作,为COFs的产业化进程注入了新的动力,值得持续关注。

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