核燃料后處理過程中以及核泄漏事故中都會釋放具有揮發(fā)性和放射性的碘（I2）同位素污染物。通過開發(fā)新型的吸附劑以實(shí)現(xiàn)高效的碘捕獲（I2 capture）是處理相關(guān)環(huán)境問題的潛在解決方案，因而引起了廣泛的研究興趣。
吸附劑多為多孔材料，其對于I2的吸附容量和吸附動力學(xué)由多種因素共同決定，包括孔結(jié)構(gòu)的特性（比表面積、孔徑和孔體積）、吸附位點(diǎn)與I2分子之間的親和性、吸附位點(diǎn)的數(shù)量等。這些因素通常會相互影響制約，難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。例如，常見的共價(jià)有機(jī)框架（COF）具有低的骨架密度和高的孔隙率，但是與I2分子之間的作用力較弱；引入特定的官能團(tuán)可以增加COF骨架與I2 的相互作用，但往往導(dǎo)致吸附劑孔隙率的顯著損失，從而限制了吸附量的提高。離子型官能團(tuán)原則上可以通過強(qiáng)庫侖相互作用促進(jìn)I2的吸附，但目前尚無將離子型COF用于碘吸附的報(bào)道。
近日，沙特阿卜杜拉國王科技大學(xué)的韓宇教授課題組采用“多元”合成策略制備了一系列離子型COF（iCOF）并測試了這些材料在不同條件下的碘吸附性能。該合成策略可以實(shí)現(xiàn)向COF中引入含量可調(diào)的離子官能團(tuán)，同時(shí)很大程度上保持母體COF的高結(jié)晶度和孔隙率，從而平衡多個(gè)影響因素以實(shí)現(xiàn)最佳的I2吸附性能。
在所制備的這一系列iCOF材料中，最優(yōu)的材料iCOF-AB-50集大表面積、高孔容和豐富的吸附位點(diǎn)于一體，具有超高的 I2 吸附量、快速的吸附動力學(xué)、良好的防潮性和可重復(fù)使用性能。在75 °C靜態(tài)吸附條件下，iCOF-AB-50的I2吸附量為10.21 g·g-1，是目前報(bào)道的最高吸附量之一。在低濃度（~400 ppm I2）動態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)中，iCOF-AB-50在25 °C下I2的吸附量為2.79 g·g-1，遠(yuǎn)超文獻(xiàn)中報(bào)道的各類吸附劑在類似條件下的I2 吸附性能。這種出色的低濃度 I2 吸附能力使 iCOF-AB-50 有望成為實(shí)際應(yīng)用中選擇性捕獲 I2的候選材料。 這項(xiàng)工作表明，平衡吸附劑的孔結(jié)構(gòu)特性、吸附位點(diǎn)的類型和吸附位點(diǎn)的含量對于吸附性能至關(guān)重要。這項(xiàng)工作也為合理設(shè)計(jì)吸附劑結(jié)構(gòu)和選擇合成路線以開發(fā)高效的I2捕獲材料提供了新思路。 論文信息： Ionic Functionalization of Multivariate Covalent Organic Frameworks to Achieve an Exceptionally High Iodine-Capture Capacity Dr. Yaqiang Xie,Dr. Tingting Pan,Dr. Qiong Lei,Dr. Cailing Chen,Dr. Xinglong Dong,Dr. Youyou Yuan,Dr. Jie Shen,Dr. Yichen Cai,Dr. Chunhui Zhou,Prof.?Dr. Ingo Pinnau,Prof.?Dr. Yu Han 文章的第一作者是謝亞強(qiáng)博士。 韓宇教授課題組鏈接： http://nfm.kaust.edu.sa Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202108522
