【PCN-250-Fe】稳定铁基金属有机框架的水基合成及其对有毒气体的捕获

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摘要：
本文利用稳定的铁基金属有机框架Fe-soc-MOF（又称PCN-250-Fe和Fe-MIL127）有效捕获二氧化硫（SO₂）和氨气（NH₃），该MOF对这两种气体吸附量高，是烟道气脱硫和NH₃捕获的潜在材料。为实现其大规模应用，研究人员开发了简便、廉价且可扩展的水基合成方法。

研究背景：
1. 行业问题和研究现状：化石燃料燃烧及农业、制药业产生的SO₂和NH₃造成空气污染，危害健康。MOFs作为吸附剂因高孔隙率和可调性受关注，但合成多依赖有害溶剂，限制规模化应用。
2. 本文创新：开发Fe-soc-MOF的水基合成法，以水为溶剂，环保且成本低，同时该MOF对SO₂和NH₃吸附性能优异。

实验部分：
1. Fe-soc-MOF的合成：将Fe(NO₃)₃·9H₂O与H₄ABTC按比例混合于水和乙酸中，超声后密封，在80-95℃油浴中反应24小时，离心、洗涤、干燥得产品，不同规模合成产率50%-62%。
2. 气体吸附实验：对合成的MOF进行NH₃和SO₂吸附测试，包括不同压力下的吸附量、循环吸附性能等，同时测试CO₂和N₂吸附以计算选择性。

分析测试：
1. PXRD：实验合成的Fe-soc-MOF与计算的PXRD图谱一致，表明相纯。
2. 比表面积和孔容：BET表面积1470 m²/g，总孔容0.58 cm³/g（P/P₀=0.9）。
3. 气体吸附：298K、1bar下，NH₃吸附量约14.7 mmol/g，SO₂约11.7 mmol/g；SO₂/CO₂和SO₂/N₂的IAST分离因子分别约32和575。
4. 热稳定性：TGA显示约400℃分解，稳定性良好。
5. 结果揭示：该MOF孔隙结构适宜，对SO₂和NH₃吸附能力强、选择性高，水基合成不影响其性能。

总结：
1. 主要研究结果：成功水基合成Fe-soc-MOF，对SO₂和NH₃吸附性能优异，循环稳定性较好。
2. 创新突破：实现Fe-soc-MOF的环保、低成本、可规模化合成，且吸附性能突出。
3. 潜在意义：为有毒气体捕获提供高效材料，推动MOF大规模应用。

Water-Based Synthesis of a Stable Iron-Based Metal−Organic Framework for Capturing Toxic Gases
文章作者：Zhijie Chen, Xingjie Wang, Ran Cao, Karam B. Idrees, Xinyao Liu, Megan C. Wasson, Omar K. Farha
DOI：10.1021/acsmaterialslett.0c00264
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmaterialslett.0c00264

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