金属有机框架材料MFM-520的纳米孔隙捕获了二氧化氮分子（蓝、紫色球棍模型）。
正文《自然?化学》杂志近日报道，英国曼彻斯特大学研究人员带领的国际研究团队开发了一种金属-有机框架（MOF）材料MMF-520。这种材料具有良好的选择性和重复使用性，能够在常规条件，低浓度气体条件，以及竞争气体流动条件下捕获污染物二氧化氮，并将其转化为工业用硝酸。研究人员在美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）用中子散射技术研究了新材料的气体吸收机制。他们认为，MMF-520对空气污染控制和修复技术有重要意义，其伴生产品可为肥料、火箭推进剂和尼龙等提供原料。
尽管二氧化氮的反应性很强，但MMF-520只需经过简单的脱气或者水处理就能完全再生，且这一过程也能将二氧化氮转化为硝酸。论文作者、曼彻斯特大学化学系高级讲师Sihai Yang说：“据我们所知，这是第一种可以同时实现有毒气体捕获-转化的MOF产品。很重要的一点是，MMF-520吸收二氧化氮的最高速率对应的温度是45摄氏度，这与汽车尾气的温度相匹配。”
曼彻斯特大学化学系教授、论文作者Martin Schr?der补充说：“在2016年，全球硝酸市场总额已经达到了25亿美元。MMF-520需要的添加剂只有水和空气，它可以为厂商节约大量成本。”
作为项目的重要组成部分，科学家们在ORNL使用中子谱和计算技术精确描述了MMF-520捕集二氧化氮分子的方式。ORNL研究人员Timmy Ramirez-Cuesta说：“这个项目是利用中子科学研究多孔材料内部结构和活性的鲜活实例。我们利用中子的穿透性能追踪了二氧化氮在材料孔隙内的排列和移动情况，并分析了它们对MOF结构的影响。”
通过了解二氧化氮与MMF-520之间的相互作用能力，研究人员可以验证MOF气体分离与转换过程的计算机模型。优化模型可以帮助研究人员预测和调整其他吸收材料对不同气体的捕获性能。
ORNL中子散射科学家、论文作者Yongqiang Cheng解释说：“中子振动光谱是在分子水平研究吸附、反应机制，以及主客体相互作用的独特工具。当与计算机模拟相结合时，其效果更加显著。二氧化氮分子与MOF之间的相互作用导致两者的振动行为产生了极为微弱的变化，只有当计算机模型的预测足够准确，这些变化才能被识别出来。”
论文作者、曼彻斯特大学博士生Jiangnan Li表示：“涉及二氧化氮快速吸收机制的研究成果，将为未来空气污染物捕捉材料的设计和改良提供参考。”
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编译：雷鑫宇
审稿：三水
责编：张梦
期刊来源：《自然?化学》
期刊编号：1755-4330
原文链接：
https://www.ornl.gov/news/new-material-captures-and-converts-toxic-air-pollutant-industrial-chemical
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