第一作者：Onome Ejeromedoghene
通訊作者：Onome Ejeromedoghene,Olayinka Oderinde
通訊單位：東南大學化學化工學院
論文DOI：https://doi.org/10.1016/j.ceja.2022.100361
文章摘要
具有2D或3D多孔結構的金屬有機框架(MOF)在不同的學科領域中展示出廣闊的應用前景，其獨特的結構特性賦予了可調節的功能以及優異的形態和拓撲結構。目前已經設計和開發了製備各種MOF衍生物的多種方法。深共熔溶劑(DES)是一種製備環境友好的新型複合材料的必要前體物。這類綠色溶劑可以作為直接混合和/或離子熱合成MOF的模板劑，由於其易於合成、生產成本較低且可以有效控制顆粒的形態和孔徑而受到了廣泛的關注。本綜述重點介紹了基於DES的功能可調的MOF的開發進展及其在吸附有毒氣態污染物方面的應用。
圖1：DES衍生MOF
前言導讀
MOFs是一種快速發展的多功能有機-無機雜化材料，具有較高的孔隙率和可調的結構，已在吸附、氣體/儲能、氣體傳感器等領域得到了很多探索和應用。MOF由金屬離子或金屬簇單元以2D或3D的排列方式與多齒有機配體共價結合形成。在某些情況下，π-π堆積、氫鍵相互作用、偶極-偶極相互作用和靜電相互作用的連接賦予MOF對小有機部分的強親和力。MOFs開放位點的水體積等參數已被證明是有害的，會降低氣體吸附率並影響吸附機制。酰胺溶劑會顯著降低氣體的吸附能力，溶劑與MOF之間的親和力會影響吸附抑制的程度。
有趣的是，材料科學領域的快速發展激發了尋求傳統有機溶劑的替代品以製備實現綠色化學12項原則的功能材料的探索。深共熔溶劑(DES)是快速發展的傳統溶劑的綠色且無毒的替代品，其具有MOF形式的固有開放金屬位點，可以幫助控制孔徑並改變其孔表面，增加表面積並提高對有毒氣體的吸收和吸附選擇性。這些新型多孔材料在污染物的催化和光催化降解中也具有重要意義。自Abbott小組開創性地引入了具有功能性側鏈的新型、水分穩定的季銨鹽以來，這些無毒和環保的混合物一直有望成為非液化溶劑和室溫離子液體(RTILs)的替代品。DES的製備方法簡便且價格低廉，基本上由兩種或多種成分元素以一種獨特的綠色方式結合在一起，具有100%的原子經濟性。由於它們的低揮發性、低蒸氣壓、環境穩定性、在各種有機反應中的可調性以及回收DES的可能性，DES在適用性、可持續性和可擴展性等方面優於其對應的離子液體和其他常規揮發性有機溶劑。因此，本綜述重點關注使用綠色溶劑（DES）為新型替代物製備MOFs的進展和前景，以及其對環境中的有毒氣態污染物的吸附和修復。
總結
DES屬於最先進的非常規溶劑，由於其卓越的性能，DES是MOFs形成過程中連接到金屬離子（充當有機配體）中的開放位點的理想候選者。當DES中的官能團（如活性-NH2和-OH等離子基團）與金屬離子固有的開放位點協同作用時，這將產生獨特的帶電MOF，從而擴大了其在吸附/去除有毒物質、催化、傳感器、氣體儲存/捕獲等方面的應用。
DES在納米技術領域的應用正在快速增長。然而，聚合物深共熔溶劑（PDES）在MOF合成中的作用仍處於起步階段。PDES可廣泛用作製備納米結構MOF的封端劑，以防止顆粒團聚並進一步提高其功能。由於PDES在改善小粒徑分布（納米範圍內）、提高孔比表面積，以及在合成過程中提高納米材料的拓撲結構和形態的可調諧性等方面的積極作用，其還可以賦予新型複合MOF以某種特定形式的穩定性和反應性。因而它們會表現出與相同成分的體相材料截然不同的行為。此外，由超分子自組裝構建的DES衍生MOF的光降解仍有待充分探索。環境中有毒氣體污染物的光催化降解最近引起了科學界的關注。同時，水和溫度對MOFs吸附性能的影響是研究熱點。用其他反應性雜原子化合物修飾DES衍生MOF的研究以及基於分子動力學的模擬將進一步擴展MOF的化學製備與應用。此外，化學工程師、廢物管理組織和環境專家的協同合作應加強基於DES的MOF的開發，以減輕有毒氣體對環境中的影響。
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