研究背景苯被认为是一种遗传毒性致癌物，世界卫生组织并未设定其安全暴露阈值。由于苯在室内和室外环境中无处不在，因此迫切需要去除痕量苯，以保护健康和环境。目前，氧化和生物处理是去除苯的常用方法，但有害副产物的形成和这些过程的效率低下限制了它们的应用。由于吸附剂的经济高效再生，苯的物理吸附引起了越来越多的关注。然而，传统多孔材料（如活性炭、介孔SiO2和沸石）缺乏有序性/结构可调性，使得精确控制孔结构和吸附性能变得极其困难。因此，捕获痕量苯是一项关键且具有挑战性的任务。金属-有机骨架（MOFs）材料因其高孔隙率和可调的孔环境，在吸附有毒气体方面展现出巨大潜力。许多MOFs表现出比商业化吸附剂更高的苯吸收率，如MIL-101（在303K、80mbar时为16.7mmol·g-1）、MOF-177（在298K、P/P0=1时为16.8mmol·g-1）和MOF-5（在298K、P/P0=1时为12.8mmol·g-1）。然而，在较高分压下的这些吸附性能保证在低分压下的实际环境中同样出色。尽管已有研究测试了MOF在低压下对苯的吸附（P<1.2mbar或P/P0<0.01），但它们通常吸附容量较低。通过晶体工程和孔隙调控，已证明可有效增加MOF在低压下的苯吸附能力，如BUT-55（在7.3Pa、298K时为3.28mmol·g-1）和CuII/UiO-66（在1.2mbar、298K时为3.92mmol·g-1）。然而，有效控制孔化学以增强苯的捕获能力仍然是一个重大挑战。此外，对MOF封闭空隙内捕获的苯分子结合相互作用动力学的直接观察仍然缺乏，阻碍了改进吸附剂材料的设计。研究成果近日，北京大学杨四海教授&英国曼彻斯特大学Martin Schröder合作报道了一种通过用单原子金属中心修饰MIL-125-defect中的结构缺陷来吸附痕量苯的方法，制备出MIL-125-X（X=Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn）。在298K下，MIL-125-Zn在1.2mbar下的苯吸收量为7.63mmol·g-1，在0.12mbar下为5.33mmol·g-1。突破性实验结果表明，即使暴露在潮湿环境中，也能从空气中（高达111000min·g-1的金属-有机框架）去除痕量苯（从5降至<0.5ppm）。通过衍射、散射和光谱，可以观察到低压下苯与缺陷和开放Zn（II）位点的结合。这项研究强调了精确调控孔隙化学对于设计高效去除空气污染物的吸附剂的重要性。相关研究工作以“Trace benzene capture by decoration of structural defects in metal-organic framework materials”为题发表在国际顶级期刊《Nature Materials》上。
