【 NU-50】调节基于铟的柔性金属-有机框架中的莠去津结合位点

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摘要：
西北大学Omar K. Farha教授等报道的本篇文章（ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 44762−44768）中研究了一种基于铟的柔性金属-有机框架（MOF）NU-50，该材料具有复杂的结构转变能力，并在去除水中莠去津方面表现出优异性能。NU-50由四连接的[In(CO2)4]−节点和基于芘的四羧酸配体组成，展现出对客体分子的响应性结构变化。其高密度的芘基团通过π-π相互作用高效吸附莠去津，最大吸附容量达到74 mg/g。分子模拟揭示了NU-50的动态行为涉及金属-配体键的扭曲，导致窄孔结构的形成，从而有效吸附莠去津分子。此外，NU-50可通过丙酮快速再生，具有良好的循环使用性能。

研究背景：
1. 行业问题：莠去津是一种广泛使用的除草剂，被归类为内分泌干扰物和可能的致癌物。其在水生生态系统中的存在可能导致潜在的健康风险，因此开发有效的莠去津去除方法是当前面临的挑战。
2. 研究现状：目前，吸附法被认为是去除莠去津的有效方法之一。已有研究表明，富含π-π相互作用位点的MOF材料在莠去津吸附方面表现出良好的性能。
3. 本文创新：本文作者设计了一种基于铟的柔性MOF（NU-50），通过其结构的动态变化和高密度芘基团的π-π相互作用，实现了对莠去津的高效吸附。与传统MOF相比，NU-50不仅具有更高的吸附容量，还具备良好的再生性能。

实验和分析：
1. 材料合成与表征：
   - NU-50通过溶剂热法合成，使用InCl3和H4TBAPy作为原料，在DMF中反应得到黄色晶体。
   - 单晶X射线衍射分析表明，NU-50具有正交晶系结构，空间群为Cccm，且存在双互穿网络。
   - 粉末X射线衍射（PXRD）和变温PXRD实验揭示了NU-50在不同溶剂和温度下的结构变化。
   - 氮气吸附-脱附实验表明，NU-50具有微孔结构，比表面积为760 m²/g，孔径约为6 Å。
2. 性能结果原因分析：
   - NU-50的高吸附性能归因于其结构中的高密度芘基团，这些基团通过π-π相互作用高效吸附莠去津。
   - 分子模拟和DFT计算揭示了NU-50在吸附莠去津后的结构变化，包括晶胞体积缩小和π-π堆叠距离减小，进一步证明了其动态吸附机制。
   - NU-50的再生性能得益于其结构的可逆性和丙酮对莠去津的良好溶解性。

总结：
1. 主要研究结果：本文成功合成了一种基于铟的柔性MOF（NU-50），并证明其在去除水中莠去津方面具有优异的吸附性能和再生能力。
2. 创新突破：通过调节金属-配体键的动态行为和π-π相互作用位点的设计，实现了对莠去津的高效吸附，最大吸附容量达到74 mg/g。
3. 潜在意义和引用：该研究为设计新型柔性MOF材料提供了新的思路，有望在水污染治理和环境修复领域得到广泛应用。

Tuning the Atrazine Binding Sites in an Indium-Based Flexible Metal−Organic Framework
文章作者：Yongwei Chen, Xuan Zhang, Haoyuan Chen, Riki J. Drout, Zhijie Chen, Mohammad Rasel Mian, Rodrigo R. Maldonado, Kaikai Ma, Xingjie Wang, Qibin Xia, Zhong Li, Timur Islamoglu, Randall Q. Snurr, Omar K. Farha
DOI：10.1021/acsami.0c13022
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c13022

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