IF 18.5！MOF 孔隙指标的合理微调：通过最佳多位点相互作用增强 SO2 捕获和传感

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选择性捕获二氧化硫 （SO2） 在环境保护方面非常重要，可以通过专门定制的具有物理吸附互补性的多孔材料来实现。金属有机框架 （MOF） 由于其出色的定制性，有可能成为物理吸附 SO2 捕获的主要材料。在这里，报道了一系列高度稳定的 DMOFs，[Ni2L2（DABCO）]，其中 L = 1,4-苯二羧酸盐 （BDC）、1,4-萘二羧酸盐 （NDC）、2,6-萘二羧酸盐 （2,6-NDC）、9,10-蒽二羧酸盐 （ADC） 和 1,4-二氮杂双环[2,2,2]辛烷 （DABCO），旨在实现最佳 SO2 物理吸附特性。在 DMOF-ADC 的情况下，芳香族核心通过共轭苯环延伸，可以在 4–5 Å 处达到最佳孔径，从而最大限度地提高多位点 MOF···SO2 相互作用，改善了低浓度下的 SO2 结合，如密度泛函理论 （DFT） 计算所示。DMOF-ADC 的 SO2 分离性能通过单个 SO2 和 SO2/CO2 混合组分吸附（在 0.01 bar 时达到 SO2/CO2 选择性 >100，明显优于基准 DUT-8 材料的值）和动态突破实验证明了 DMOF-ADC 的 SO2 分离性能的改进。证明用作 SO2 传感的化学电阻传感器可在低浓度下实现最佳性能的 DMOF-ADC（100 ppm 和 T < 120 °C 时电阻响应翻倍）。

创新点

1. 通过调整芳香族核心的共轭苯环，设计出具有4–5 Å最佳孔径的DMOF-ADC，显著增强了SO2的物理吸附能力。

2. 利用多位点MOF···SO2相互作用，在低浓度SO2条件下实现了更高的结合效率，优于传统材料。

3. DMOF-ADC在SO2/CO2混合物中表现出极高的选择性（>100），为选择性气体分离提供了新方案。

4. 将DMOF-ADC应用于化学电阻传感器，在低浓度SO2（100 ppm）和较低温度（<120 °C）下实现电阻响应翻倍。

科研工作的启发

1. 通过精确调控MOF孔隙尺寸和化学环境，可针对特定气体分子设计高效吸附材料。

2. 多位点相互作用的理论和实验验证为开发高选择性气体捕获材料提供了新思路。

3. DFT计算与实验结合的方法有助于快速筛选和优化新型功能材料。

4. 将MOF材料与传感器技术集成，为环境监测和工业应用开辟了跨学科研究方向。

思路延伸

1. 探索其他芳香族配体对MOF孔隙和吸附性能的影响，开发适用于不同气体的材料。

2. 研究MOF在极端条件（如高温、高湿）下的稳定性及SO2捕获性能。

3. 将多位点相互作用的概念扩展到其他污染气体（如NOx、H2S）的选择性捕获。

4. 开发基于DMOF的复合材料，提升其在动态气体分离中的机械强度和实用性。

5. 结合机器学习预测MOF结构与气体吸附性能的关系，加速材料设计进程。

生物医学领域的应用

1. DMOF-ADC可用于检测呼吸道疾病患者呼气中的低浓度SO2，辅助早期诊断。

2. 基于其高选择性，开发便携式SO2传感器，用于监测生物实验室中的空气质量。

3. 将MOF材料集成到医用空气净化系统中，移除环境中对健康有害的SO2。

4. 利用DMOF的孔隙特性，设计药物传递系统，靶向释放治疗肺部炎症的药物。

5. 在生物医学研究中，利用DMOF-ADC分离生物样品中的痕量气体，分析代谢过程。

6. 开发基于DMOF的植入式传感器，实时监测体内SO2水平以评估氧化应激状态。

Rational Fine‐Tuning of MOF Pore Metrics: Enhanced SO2 Capture and Sensing with Optimal Multi‐Site Interactions

Adv. Funct. Mater.（IF 18.5）

Pub Date  : 2025-03-18

DOI : 10.1002/adfm.202503013

Shanghua Xing, Abdulrahman Mohabbat, István Boldog, Jens Möllmer, Marcus Lange, Yulyan Haiduk, Tobias Heinen, Vladimir Pankov, Oliver Weingart, Christoph Janiak

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