空氣污染是當今社會面臨的主要問題之一。氮氧化物是*常見的空氣污染物之一，主要由石油、煤、柴油、生物質(zhì)等燃料的使用造成的。氮氧化物在人口、車輛密集的大型城市和重工業(yè)地區(qū)濃度非常高，對相關(guān)人群健康造成的危害尤其嚴重。二氧化氮是氮氧化物在大氣中的主要組分，對環(huán)境和人類健康帶來了很大的威脅。二氧化氮的生物病理毒性非常高，近年來，發(fā)展探索能高效捕捉二氧化氮的材料成為高新科技，材料領(lǐng)域的研究熱點之一。然而，這是科學家們面臨的重大挑戰(zhàn)，因為二氧化氮的腐蝕性、化學活性很高，短時間接觸，它們就可以造成很多材料，比如分子篩、活性炭、金屬氧化物的分解、失效和系統(tǒng)腐蝕，所以這些材料通常不具有可逆吸附的能力。更為重要的是二氧化氮在空氣中濃度較低(ppm級別)，通常這些材料不能有效、快速對空氣中的二氧化氮進行捕捉。

金屬有機框架(metal-organic framework, MOF)材料是一類由金屬離子或金屬簇單元與有機配體構(gòu)建形成的新型多孔功能材料。MOF類材料擁有超大表面積和多孔性質(zhì)以及高度結(jié)晶性，孔道內(nèi)部有排列規(guī)則、密集的吸附活性位點，使得其在氣體吸附方面有很多優(yōu)越的性質(zhì)。但MOF材料在二氧化氮的吸附與轉(zhuǎn)化研究中幾乎處于空白狀態(tài)。

研究者采用一系列表征手段，包括原位同步輻射X-光衍射、非彈性中子散射、電子順磁共振譜，系統(tǒng)地研究了主客體之間的相互作用，及二氧化氮轉(zhuǎn)化技術(shù)。揭示了MFM-520內(nèi)二氧化氮分子的排布，進而直接解釋了MFM-520對二氧化氮的快速高選擇性的吸附。

由圖1可知，MFM-520在低濃度下可以高選擇性的吸附4.2 mmol g-1 NO2;溫度的改變對NO2的吸附?jīng)]有顯著的影響，MFM-520對NO2吸附完全可逆，125次NO2吸附脫附循環(huán)后，其結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變;NO2濃度從5000 ppm 到< 1 ppm這個范圍內(nèi)，MFM-520均可以對NO2選擇性吸附，且不受H2O、SO2和CO2的影響。

圖2. MFM-520?N2O4的結(jié)構(gòu)模型。

由圖2可知，所有吸附的NO2分子以二聚體N2O4的形式存儲在孔內(nèi);MFM-520的孔形狀和大小正好適合一個二聚體的存儲;NO2與金屬框架的多重弱相互作用穩(wěn)定了NO2在孔內(nèi)的存儲。

圖3. 二氧化氮的捕捉與轉(zhuǎn)化。該研究不僅發(fā)現(xiàn)了一種有效的二氧化氮捕捉材料，首次提出并實現(xiàn)了捕捉氣體的轉(zhuǎn)化。其對二氧化氮快速、有效的吸附機理研究為未來材料的設(shè)計與開發(fā)提供方向和思路。相關(guān)工作發(fā)表在Nature Chemistry 上并被選為封面文章。

來源：x-mol.com