背景
随着工业化的快速发展和人类活动，加之COVID-19疫情的影响，水资源被广泛污染，包含有毒金属、有机化合物、个人护理品、农业和药品产品、微塑料和病原体等多种污染物。这些污染物对人类健康和生物体都有严重的短期和长期影响。目前，研究人员已经开发了多种废水处理技术，如吸附、先进氧化工艺、膜过滤、电化学氧化和微波辅助催化氧化等。然而，传统方法在处理效率和应用范围上存在一定的局限性。
图1：示意图说明了MOF-MNMs在废水修复中的不同方面（MOF在MOF-MNMs中的作用、推进模式、不同结构和应用）
研究概述
近年来，微/纳米马达（MNMs）因其自推进能力和广泛的应用前景而引起了研究人员的浓厚兴趣。这些纳米材料能够将能量转化为运动，被广泛应用于生物医学和环境修复等领域。例如，有研究应用瓶状FeOx@MnO2@SiO2微马达在H2O2/过氧单硫酸体系中催化降解抗生素（萘普生），展示了其在废水处理中良好的自推进性能。还有研究报道了一种基于二氧化锰的马达，用于有机染料去除。而金属有机框架（MOFs）是一类具有高比表面积、可调孔径和良好化学稳定性的材料，通过将其与MNMs结合，可以显著提升废水处理效率。鉴于此，阿德莱德大学王少彬教授团队在Small Science期刊综述了基于MOFs的微/纳米马达（MOF-MNMs）在废水修复中的应用。
自推进机制与污染物去除
MOF-MNMs可以通过多种能量源驱动，包括气泡推进、光照、近红外辐射、磁场和电场等。MOF-MNMs在吸附、降解、传感和消毒等水处理应用中表现出色。例如，Fe3O4-Fe-ZIF-8-Pt自推进微管马达被用来去除放射性水污染物，显示出优异的吸附能力。研究发现，MOF-MNMs能够高效去除水中的重金属离子、有机污染物和病原体。这些纳米马达通过其自主运动和高比表面积，能够与污染物充分接触，从而提高处理效率。进一步证明了MOF-MNMs在废水处理中的潜力。
合成与功能化
MOF-MNMs的合成方法和功能化策略多种多样，包括化学功能化和生物功能化，以提高其在特定应用中的性能。常见的合成方法包括溶剂热/水热合成、微波辅助合成和电化学合成。例如，有研究报道了可通过一种直接的一步法制备ZIF-67微马达，该马达可以催化H2O2分解产生O2气体，实现自主推进。此外，通过表面涂层等方法，能够打破对称性，增强纳米马达的运动能力。ZIF-8@γ-Fe2O3/γ-Al2O3/MnO2磁性微管马达展示了通过MnO2分解H2O2的气泡推进能力，能够高效去除水中的金属离子。
前景与挑战
尽管MOF-MNMs在废水修复中展示了巨大潜力，但仍存在一些挑战。例如，如何提高其在复杂水环境中的稳定性和效率，以及如何实现大规模生产和应用等。此外，MOF-MNMs在实际应用中的环境安全性也是一个重要考虑因素。未来的研究应着重于开发更高效、更稳定的MOF-MNMs，以覆盖更广泛的废水处理应用。特别是在水消毒领域，MOF-MNMs具有广阔的应用前景，可用于去除更加有害的微生物如病毒等。
结论
总体而言，MOF-MNMs在废水修复中提供了一种新范式，结合了MOFs的优异特性和微/纳米马达的自主运动能力，展示了广泛的应用前景。这些纳米马达能够高效地去除水中的多种污染物，提升废水处理效果。然而，仍需进一步的研究和技术突破，以克服当前的挑战，推动MOF-MNMs在实际水处理中的广泛应用。未来的研究应集中于提高其在复杂水环境中的稳定性、开发更高效的合成和功能化策略，以及评估其环境安全性和长期应用效果。
综上所述，本文系统综述了MOF-MNMs在废水修复中的最新进展，并对其未来的发展方向提出了见解和建议。希望这篇综述能够为相关领域的研究人员提供有价值的参考和启示，推动MOF-MNMs在环境修复中的应用。
论文信息：
Metal-Organic Framework-Based Micro-/Nanomotors for Wastewater Remediation
Karim El-Naggar, Yangyang Yang, Wenjie Tian, Huayang Zhang*, Hongqi Sun, Shaobin Wang*
Small Science
DOI: 10.1002/smsc.202400110
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