二氧化氮（NO2）的排放對環(huán)境造成嚴重危害，比如，形成光化學煙霧，酸雨，并嚴重威脅著人類健康。盡管目前工業(yè)上多采用選擇性催化氧化（SCR）技術來實現(xiàn)NO2的去除，然而該方法只適用于高溫條件下（250-600 ℃）進行反應，在常溫條件下實現(xiàn)對NO2的控制并消除仍然頗具挑戰(zhàn)，因此開發(fā)常溫去除NO2技術勢在必行。通過固體吸附劑對NO2進行選擇性吸附是一項頗有前景的技術，然而由于NO2是一種高度反應活躍的氣體，目前很少有吸附劑表現(xiàn)出高的吸附性能和再生性能。
近日，香港城市大學Jin Shang教授課題組和澳洲同步輻射中心衍射線站首席科學家Qinfen Gu博士共同研發(fā)，首次利用一種基于π-反鍵作用的卟啉金屬有機框架（PMOF）吸附劑去除NO2，通過理性設計和調控插入PMOF中的過渡金屬（TMs）作為活性位點，實現(xiàn)了對NO2吸附性能的提高，并揭示了NO2 的吸附機理。該種π-反鍵的設計是基于一種仿生的理念，即金屬卟啉結構可選擇對特定氣體分子表現(xiàn)出較強的作用力，比如人體血紅蛋白中的卟啉鐵對氧氣和一氧化碳分子有特定吸附能力。此外，該π-反鍵作用不同于傳統(tǒng)的物理吸附和化學吸附，其作用力恰介于這二者之間不會太強或太弱，因此該研究所開發(fā)出的最優(yōu)吸附劑Al-PMOF(Ni)兼?zhèn)漭^強的NO2吸附能力和很強的再生能力。 在揭示吸附機理方面，作者通過對吸附劑Al-PMOF(Ni)進行原位紅外，原位同步輻射實驗以及DFT模擬計算，從分子角度對NO2 吸附后的PMOF骨架進行分析，證實了該π-反鍵作用的存在。同時發(fā)現(xiàn)，NO2在該種MOF中會部分轉變成N2O4，主要吸附在插入的金屬Ni以及Al-OH金屬節(jié)點等吸附位點。卟啉中所插入的Ni, Co, Cu和Zn四種金屬中, Ni對NO2表現(xiàn)出最強的吸附能。這項研究展示了π-反鍵作為設計原理的巨大潛力，并為開發(fā)下一代廣泛應用的吸附劑提供了新的見解。 論文信息： Transition Metal Inserted Porphyrin Metal-Organic Frameworks as π-backbonding Adsorbents for NO2 Removal 文章的第一作者是香港城市大學的博士生尚姍姍。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202007054 《德國應用化學》(Angewandte Chemie)創(chuàng)刊于1888年，是德國化學學會（GDCh）的官方期刊并由Wiley–VCH出版。作為化學領域的權威期刊，《德國應用化學》涵蓋了化學研究的各個領域，刊發(fā)包括新聞、綜述、觀點、通訊、研究論文等在內的各種內容。
