研究背景
氨 (NH3) 是农业和工业中的重要原材料，具有较高的氢密度，也是一种理想的无碳燃料。但是氨气具有腐蚀性和毒性，是五大环境污染物之一，容易在大气中形成 PM 2.5，从而导致肺癌和环境污染等问题。因此，NH3 的吸附、分离与储存研究对人类健康、可持续发展、能源和环境保护都具有重要意义。
作为新一代多孔材料，金属有机框架 (MOFs) 表现出优秀的氨吸附性能。但要获得在温和条件下具有良好可逆氨吸附性能的稳定 MOFs 材料仍然是一个巨大的挑战。
众所周知，氢键是一种典型的分子弱相互作用，其键能约为 0.1–60 kcal∙mol-1。从形成氢键的角度来看，NH3 分子既可以作为氢键的供体、又能充当氢键的受体，若将能形成氢键的基团（如 –OH、–NH2、水和卤离子等）结合到多孔 MOFs 的骨架中，则有可能实现在温和条件下的可逆氨吸附与分离。
论文详情
最近，南京工业大学朱敦如教授课题组与南京师范大学俞飞教授合作，采用将氢键形成基团嫁接到 MOF 骨架的设计策略，成功合成了一个稳定的 3D In-MOF: [In8(μ2-OH)6(μ2-H2O)3L6Cl6]∙5DMF∙4H2O (1) (下图)。
由于含有独特的橄榄球形纳米笼 (1.5 nm) 且笼中具有丰富的能形成氢键的基团 (μ2-OH- 和 Cl- 离子、μ2-H2O 和 –CH3)，MOF 1 显示出良好的可逆氨吸附性能，且其再生温度仅有 60°C，远低于大多数氨吸附 MOFs 的再生温度 (150–250°C)。
该工作采用 2,2′-二甲基-4,4′-联苯二甲酸(H2L)与 In3+ 离子通过溶剂热反应合成 MOF 1。单晶X-射线衍射分析表明，1 中有一个罕见的 [In4(μ2-OH)3]9+ 簇（SBU，图 1a），这些 SBUs 通过水桥连，形成一个由 (In3+)18 环组成的 2D 蜂窝层（图 1b），这些二维层再通过 L2- 配体支撑，形成一个新的三节点 3,3,4-连接的三维结构（图 1c），其 Schläfli 符号为 (4∙8∙10)3(4∙83∙102)3(83)（图 2）。
图 1. MOF 1 的结构：(a) SBU, (b) 2D 蜂窝层, (c) 橄榄球形纳米笼, (d) 3D 网络
图 2. MOF 1 的拓扑结构分析
图 3. MOF 1 对 NH3 的可逆吸附
图 4. NH3 与 1 中纳米笼壁的 OH-、Cl- 离子形成分子间氢键
论文信息
A novel topological indium-organic framework for reversible ammonia uptake under mild conditions and catalysis Xin He,‡ Shuying Gao,‡ Ri Peng,‡ Dunru Zhu* and Fei Yu* J. Mater. Chem. A, 2024, 12, 14501-14507
https://doi.org/10.1039/D4TA02447H
主要作者介绍
课题组网页：
http://lmc.njtech.edu.cn/
相关期刊
rsc.li/materials-a
J. Mater. Chem. A
| 2-年影响因子* | 10.7分 |
| 5-年影响因子* | 10.8分 |
| 最高 JCR 分区* | Q1 能源与燃料 Q1 化学-物理化学 Q1 材料科学-跨学科 |
| CiteScore 分† | 19.5分 |
| 中位一审周期‡ | 30 天 |
Journal of Materials Chemistry A、B 和 C 报道材料化学各领域的高质量理论或实验研究工作。这三本期刊发表的论文侧重于报道对材料及其性质的新理解、材料的新应用以及材料合成的新方法。Journal of Materials Chemistry A、B 和 C 的区别在于所报道材料的不同预期用途。粗略的划分是，Journal of Materials Chemistry A 报道材料在能源和可持续性方面的应用，Journal of Materials Chemistry B 报道材料在生物学和医学方面的应用，Journal of Materials Chemistry C 报道材料在光学、磁学和电子设备方面的应用。
Anders Hagfeldt
🇸🇪 乌普萨拉大学
|
|
Associate editors
|
|
* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)
† CiteScore 2023 by Elsevier
‡ 中位数，仅统计进入同行评审阶段的稿件
📧 RSCChina@rsc.org
