我院邢尚华副教授在Advanced Functional Materials上发表高水平研究性论文

       近日，大连工业大学食品交叉科学研究院与德国杜塞尔多夫大学合作在学术Top期刊《Advanced Functional Materials》（中科院一区，IF=18.5）发表题目为”Rational Fine-tuning of MOF pore metrics: Enhanced SO2 capture and sensing with optimal multi-sites interactions”的学术论文。邢尚华副教授为第一作者、通讯作者。

研究背景

       二氧化硫（SO2）主要来源于化石燃料燃烧的烟气，是主要的大气污染物之一。目前的脱硫技术（如石灰石洗涤）能够去除烟气中90-95%的SO2，但是痕量SO2仍然残留。基于固体吸附剂的气体吸附分离是一种很有前途的且节能的深度脱硫手段。金属有机框架（MOFs）材料对CO2, CH4等气体已经表现出了优异的吸附分离性能。通过精准设计孔径尺寸和孔内壁环境可以实现对目标气体分子的选择性吸附。但是仅有少量的MOFs被用于SO2吸附分离，主要是因为SO2的酸性、较低的浓度以及存在其它竞争性吸附的气体分子如CO2。此外，痕量SO2检测对于环境污染防控及食品安全保障具有重要意义。通过MOFs材料对痕量SO2的吸附，可以改变MOFs的电阻率，进而实现对痕量SO2的检测。

研究内容

      本研究中，设计了一系列高稳定型Ni-MOFs[Ni2L2(DABCO)] （图1左），L=对苯二甲酸（BDC）、1,4-萘二甲酸（NDC）、2,6-萘二甲酸(（2,6-NDC）及9,10-蒽二羧酸（ADC）。本研究旨在通过调控Ni-MOFs孔径尺寸，实现对痕量SO2高选择性吸附和检测信号响应。所合成系列MOFs孔径尺寸在4-9 Å范围。其中基于高共轭ADC配体的位阻效应，DMOF-ADC 孔径尺寸（4.4 Å）最接近于SO2动力学直径4.1 Å（图1右），最大化 DMOF-ADC与SO2之间的多位点相互作用。并通过DFT理论计算证明了DMOF-ADC与SO2之间存在π(δ⁻)···(δ⁺)S和(C)H(δ⁺)···(δ⁻)O(S)相互作用（图2）。在SO2/CO2/N2（1:15:84 v/v/v）混合气体穿透实验中，SO2的保留最长（87 min/g），说明DMOF-ADC对SO2具有高选择性和竞争吸附能力。MOF-ADC 在 100 ppm SO₂/air中的电阻可逆性也得到了证实（图3），表明 DMOF-ADC 材料可以作为电阻型传感器，有效检测痕量100 ppm SO2。该研究结果说明通过精细调控孔径尺寸，不仅可以优化多孔材料孔环境，以增强其与目标气体分子的相互作用，实现对目标气体分子选择性捕获。同时，所吸附的气体分子会引起多孔材料的电荷载流子迁移性，进而引起电阻信号变化，实现对痕量气体分子的有效检测。

图文赏析

图1 具有不同孔径梯度的Ni-MOFs结构及其组成单元（左）；Ni-MOFs孔径尺寸与单位BET表面积下的SO2吸附量之间的关系

图2 DMOF-NDC与DMOF-ADC吸附SO₂后的DFT优化结构及存在的相互作用

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202503013