【MOF吸附碘】通过诱导拟态转换在Ag(I)-有机框架中优化碘富集：目前最高存储密度纪录

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摘要：
中科院福建物构所洪茂椿、陈其辉组报道的这篇文章(Small 2024, 2311181)介绍了通过制备两种具有相似活性位点但不同孔径大小的银-有机框架（FJI-H39和FJI-H40），实现了碘的高效捕获和存储。FJI-H39具有创纪录的碘存储密度，并显示出非常快的吸附动力学，比FJI-H40快124倍。通过机理研究发现，FJI-H39可以持续进行诱导拟态转变，使碘物种快速有序地富集在Ag(I)节点附近，从离散的I-阴离子到各种碘物种的密集堆积，实现了非常快的吸附动力学和记录高的存储密度。

研究背景：
1）核能发展中捕获和存储放射性I2是一项重要挑战，之前使用银改性沸石等材料捕获碘效率低。
2）MOFs作为有调节孔径和孔环境的材料具有潜力。本文作者创新性的引入柔性单元合成酶样MOF材料，进行碘的吸附

实验部分：
1）作者通过使用高度柔性的配体 (tris(pyridin-4-ylmethyl)amine, TPMA)和AgBF4，在不同的合成条件下分别得到了这两种MOF材料FJI-H39和FJI-H40。
ⅰ. FJI-H39的异构单元包含两个Ag(I)离子，一个TPMA配体和一个BF4-阴离子，形成一个无限2D层状结构，
ⅱ. FJI-H40的异构单元包含一个Ag(I)离子，一个TPMA配体和一个BF4-阴离子，形成一个无限的3D框架。
2）通过N2吸附实验和CO2吸附实验表征了FJI-H39和FJI-H40的孔径和比表面积。结果显示，FJI-H39的孔径为5.4 Å，比表面积为165 m2 g-1，而FJI-H40几乎不吸附N2或CO2，可能是因为其孔径小于分子的动力学直径。
3）通过时间依赖的UV/vis光谱分析研究了FJI-H39和FJI-H40对I2的吸附动力学。结果显示，FJI-H39的吸附速率比FJI-H40快124倍，吸附容量也更高。在40分钟内，FJI-H39可以吸附93%的I2，而FJI-H40只能吸附2.4%。
4）作者还研究了FJI-H39和FJI-H40对I2的解吸动力学。结果显示，FJI-H40的解吸速率比FJI-H39快，但FJI-H39的吸附效率明显高于解吸效率。
5）通过分析FJI-H39和FJI-H40对I2的吸附等温线，作者得出FJI-H39的I2吸附容量为884.96 mg g-1，I2存储密度达到了7.37 g cm-3，远高于固态I2的密度。
6）作者对FJI-H39的实用性进行了评估，包括对其在工业中捕获I2的适用性以及在气相和液相中捕获I2的效果，表现出良好的回收性、化学稳定性和热稳定性。
进行了时间相关的单晶X射线衍射实验，详细分析了碘的吸附机理

总结：
1）作者利用柔性配体合成了两种MOF材料FJI-H39和FJI-H40用于吸附碘。
2）两种材料表现出不同的结构和性能：FJI-H39具有高碘吸附容量和记录高的存储密度，在吸附过程中经历连续的诱导拟态转变。FJI-H40吸附碘速率慢，存储密度低
3）从性能考量，FJI-H39 具有很强的吸附碘废气的工业应用价值

展望：
1）进一步研究FJI-H39和FJI-H40的差异以及合成条件造成结构差异的原因，探索更多的MOF材料来实现高效碘捕获和存储
2）可以拓展不同的柔性配体合成类似的MOF材料

Optimizing Iodine Enrichment through Induced-Fit Transformations in a Flexible Ag(I)-Organic Framework: From Accelerated Adsorption Kinetics to Record-High Storage Density
文章作者：Cao Xiao, Jindou Tian, Feilong Jiang, Daqiang Yuan, Qihui Chen, Maochun Hong
DOI：10.1002/smll.202311181
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202311181