氨氣（NH3）廣泛來源于工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)活動(dòng)和污水處理過程，是一種典型的大氣污染物，其排放不僅危害生態(tài)環(huán)境，還對(duì)人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。在痕量濃度下實(shí)現(xiàn)對(duì)NH3的高效捕集，對(duì)于空氣質(zhì)量提升與污染控制具有重要意義。然而，現(xiàn)有多孔吸附劑對(duì)NH3的捕集機(jī)制主要包括兩類：一是基于Lewis酸位點(diǎn)的化學(xué)吸附，通過酸堿或配位作用實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的客體結(jié)合；二是依賴于框架中羥基或配位水分子與NH3形成氫鍵的物理吸附。這兩種機(jī)制分別面臨吸附不可逆、再生條件苛刻，或濕度敏感、選擇性低等問題，形成“吸附強(qiáng)度與易于再生難以兼顧”的權(quán)衡問題。
近日，北京工業(yè)大學(xué)李建榮教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種基于Cu(II)-吡唑構(gòu)筑的金屬-有機(jī)框架（MOF）材料BUT-64(H2O)，通過引入橋聯(lián)水誘導(dǎo)NH3發(fā)生水合反應(yīng)，成功實(shí)現(xiàn)了在高濕環(huán)境下對(duì)痕量NH3的高效、可逆捕集。該工作所提出的氨合分子阱理論突破了傳統(tǒng)物理/化學(xué)吸附的范式，實(shí)現(xiàn)了高親和力與易再生性的統(tǒng)一，為高性能多孔材料的設(shè)計(jì)提供了新思路。 BUT-64(H2O)中的Cu(II)中心呈六配位八面體構(gòu)型，其中兩個(gè)軸向水分子橋聯(lián)相鄰金屬中心，構(gòu)建出一維Cu鏈。配體場效應(yīng)顯著增強(qiáng)了橋聯(lián)水分子的酸性，使其成為布朗斯特酸位點(diǎn)，促進(jìn)NH3與之發(fā)生水合反應(yīng)，生成不穩(wěn)定的氨水（NH4OH）中間體，使Cu(II)從六配位轉(zhuǎn)變?yōu)?span id="scuizmp" class="">五配位構(gòu)型。由于NH4OH在熱力學(xué)上具有易于解離的特性，當(dāng)NH3濃度降低時(shí)，體系可自發(fā)釋放NH3和水分子，實(shí)現(xiàn)材料在溫和條件下的再生。同時(shí)，Cu(II)配位環(huán)境亦可由五配位自發(fā)恢復(fù)至更穩(wěn)定的六配位狀態(tài)，釋放的能量進(jìn)一步促進(jìn)NH?OH的解離，從而降低材料的再生能耗。 此外，BUT-64(H2O)展現(xiàn)出優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，即使在高濃度氨水等強(qiáng)堿條件下仍保持結(jié)構(gòu)完整，并可在80 °C下實(shí)現(xiàn)完全再生，循環(huán)使用性能優(yōu)異。本研究首次在MOF材料中實(shí)現(xiàn)了基于氨水合反應(yīng)的可逆吸附行為，為實(shí)現(xiàn)同時(shí)具備高親和性、可逆性與再生性的氨氣吸附劑提供了新的設(shè)計(jì)理念，也為拓展MOF在氣體污染控制等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。 論文信息 Ammonia Hydration in a Cu(II)-Pyrazolate Framework for Efficient Trace Capture Dr. Guang-Rui Si, Dr. Xiang-Jing Kong, Prof. Tao He, Jia-Teng Zhao, Prof Lin-Hua Xie, Prof. Jian-Rong Li 文章的第一作者是北京工業(yè)大學(xué)的博士后司廣銳。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202507356
