MOF材料提供有毒气氛的选择性 可逆和可重复捕获

在曼彻斯特大学的带领下，国际科学家团队开发出一种金属有机骨架材料(MOF)，具有选择性，完全可逆和可重复的能力，可在环境条件下从大气中去除二氧化氮气体。这一发现得到了能源部橡树岭国家实验室使用中子散射的研究人员的证实，可能导致空气过滤技术经济有效地捕获和转换大量目标气体，包括二氧化碳和其他温室气体，以促进其长期使用。有效隔离，以帮助减轻空气污染和全球变暖。

如Nature Materials报道，表示为MFM-300(A1)的材料在水分，二氧化硫和二氧化碳存在下，在环境压力和温度(低浓度)下表现出第一次可逆的选择性捕获二氧化氮。尽管二氧化氮具有高反应性，MFM-300(Al)材料证明非常坚固，证明能够多次完全再生或脱气，而不会损失结晶度或孔隙率。

“这种材料是金属 - 有机骨架的第一个例子，它具有高选择性和完全可逆的能力，即使在水存在的情况下也可以重复从空气中分离二氧化氮，”该研究的主要作者之一的Sihai Yang表示。曼彻斯特化学学院无机化学讲师。

曼彻斯特化学公司的另一位主要作者MartinSchröder教授评论说：“对不同多孔材料的其他研究经常发现，二氧化氮在后续循环中性能下降，或者再生过程太困难和昂贵。”

作为研究的一部分，科学家们在能源部橡树岭国家实验室使用中子散射技术来确认和精确描述MFM-300(铝)如何捕获二氧化氮分子。

“中子很容易穿透致密材料，它们对较轻的元素敏感，例如MFM内部的氢原子，这使我们能够观察到二氧化氮分子如何被限制在纳米尺寸的孔隙内，”Timmy Ramirez-Cuesta说， ORNL中子科学理事会化学和催化倡议的共同作者和协调员。“我们受益于VISION振动光谱仪器在散射中子源上的ORNL 16-B光束线上提供的极高灵敏度和定量数据，它使用中子代替光子探测分子振动。”

直接观察MFM-300(铝)捕获二氧化氮的方式和位置的能力正在帮助研究人员验证MOF气体分离过程的计算机模型，这有助于确定如何生产和定制其他材料以捕获各种不同的气体。

“计算机建模和模拟通过帮助我们将振动光谱中的细微变化与MFM-300和被捕获分子之间的相互作用联系起来，在解释中子散射数据中发挥了关键作用，”ORNL中子散射科学家兼合着者郑永强说。“我们的目标是将模型与实验技术相结合，以提供难以实现的结果。”

从大气中捕获温室和有毒气体长期以来一直是一个挑战，因为它们的浓度相对较低并且空气中存在水分，这会对目标气体分子与其他气体的分离产生负面影响。另一个挑战是找到一种实用的方法来释放捕获的气体用于长期封存，例如在地下枯竭的油藏或盐水填充的岩层中。MOF为许多这些挑战提供解决方案，这就是为什么它们成为最近科学研究的主题。