发光晶体LMOF对污水的“告白”
材料牛注：金属有机框架（MOF）由于其独特的三维框架结构广受关注。近日，研究人员发现一种发光金属有机框架(LMOF)，它能够定位并吸附污水中的有毒重金属从而实现净化水源的目的。都说最好的爱是让对方变得更好更优秀，那么LMOF对污水不正是爱得深沉，我愿意为你洗掉你身上的有害物质，让你变得更好！这就是LMOF对污水的告白。
发光晶体可用于检测和捕获如铅和汞等微量的重金属毒素，从而成为定位和清理污染水源的一种新的强大工具。
有报道称在密歇根州弗林特市和纽瓦克新泽西州的饮用水中发现了高浓度的重金属，所以罗格斯大学研究人员在劳伦斯伯克利国家实验室（Berkeley Lab）使用强X射线，探测他们开发的晶体的结构，并了解它们与重金属结合方式。
该晶体具有类似于微型、可重复使用的传感器和陷阱的功能，被称为发光金属有机框架（LMOF）。
检测和捕获重金属的最佳执行者
根据Applied Materials and Interfaces发表的最新研究结果，该团队测试的一种类型的LMOF被发现在30分钟内从重金属和轻金属的测试混合物中选择性地吸收了超过99％的汞。该团队报告说，没有其他MOF既能检测又能捕获或“吸附”有毒重金属这一双重功效。
伯克利实验室的一名科研人员Simon Teat在实验室的高级光源（ALS）下研究了单个LMOF晶体结构，发现每个晶体的测量值约为100微米。通过X射线光撞击LMOF样品产生的衍射图案，利用Teat应用软件工具以原子分辨率绘制出其三维结构。
ALS是世界上仅有的几个同步加速器X射线光源之一，专门用来作为结晶化合物（例如MOF）的化学晶体学研究。
一切都从结构开始
Simon Teat发现LMOF晶体为网格状3-D结构，含有碳，氢，氧，氮和锌元素，它们构成了大的开放通道。这些原子尺度的结构细节是了解LMOF如何结合重金属的关键，也可以帮助科研人员设计出更高度专业的结构。
Teat解释说：“MOF的使用是利用其丰富的孔隙结构。在这种情况下，该结构允许重金属进入这些开放通道并化学结合到MOF上”。
丰富开放的框架结构给予MOF相当大的比表面积，这使得它们可以吸收大量的污染物。
一般材料设计时会通过在LMOF结构中掺入荧光化学组分或配体来使LMOF发光。 “当金属与荧光配体结合时，产生的框架会发荧光，”Teat说道。 而LMOF在与重金属相互作用时不会发出荧光。
据罗格斯大学化学教授Jing Li介绍，这项技术在很大程度上节约成本。 “其他研究人员已经制备出了可以用于检测重金属或去除重金属的MOF材料，但是没有人真正调查过这两者之间的作用机理，”Li补充说道。
在同步加速器中产生的强X射线是设计制备MOF3-D结构的最佳方法，Li表示，“晶体结构是我们研究的最重要的方面之一，知道了晶体结构才能进行后续的表征，从而理解这些材料的性质。”
MOFs具有化学选择性且可回收
在测试中，研究人员发现LMOF与汞和铅结合牢固，但与水中存在的较轻金属（如镁和钙）结合较弱，但轻元素不会造成重元素那样的危害。
“这种基于LMOF的分子组成所带来的选择性的特点，对于我们来说非常重要。 我们可以利用其选择性来带走水中的有害物质。”Li说道。
LMOF也可以回收利用。研究人员发现，LMOFs可以进行收集，清洁，然后重复使用，经过三个周期后性能才会开始下降。
下一步计划
研究表明，大量工业化区域与水法规陈旧的城市和农业社区特别容易受到地下水污染，如果不解决，可能导致土壤污染。从而导致污染物被周围环境中的植物和动物摄取，从而拓宽了接触途径。
Li表示，进一步的研发可以探索更低成本和更持久的LMOF材料，让其可以持续更多的周期，研究人员也可以通过混合LMOF与聚合物，以创造一个固体膜，进而开发水过滤器，实现更大规模的重金属吸附。
在资金充足的情况下，Li所在的研究团队想基于实际污染水源的性能做一个系统的测试。“我们想继续开展这项研究，这些想法都是有希望实现的，但距离实现我们还有很长的路要走。”
Li所在的研究团队通过伯克利实验室的ALS光源来确定MOF的晶体结构，并将其应用于其他领域，包括高爆炸物检测、食品中的毒素检测和新型的用于LED的发光部件（荧光粉）。
达拉斯瑞德大学和德克萨斯大学的研究人员也参与了这项研究。这项工作得到了美国能源部科学办公室的支持。
原文链接：Glowing crystals can detect, cleanse contaminated drinking water.
本文由材料人编辑部武俊生提供素材，应豆编译，点我加入材料人编辑部。
材料测试，数据分析，上测试谷！
文章评论(0)