吉林师范大学许彦红教授、谢伟讲师及新加坡国立大学江东林教授：多孔有机聚合物和金属-有机骨架材料用于碘捕获的研究进展
随着能源需求的快速增长，核能作为一种绿色可靠的能源，长期以来一直受到全世界越来越多的关注。然而，核工业中放射性碘的排放威胁着人类健康，有效地捕获碘近年来引起人们的极大关注。多孔有机聚合物（Porous Organic Polymers, POPs）和金属-有机骨架（Metal-Organic Frameworks, MOFs），作为新型多孔材料，在碘捕获领域是优秀的候选吸附材料。鉴于此，吉林师范大学许彦红教授和谢伟讲师及新加坡国立大学江东林教授等人系统介绍了POPs和MOFs这两类多孔材料在高效碘捕获领域的研究进展。该工作近期发表在Materials Horizons上。
多孔有机聚合物（POPs）是由各种有机结构单元通过强共价键构成，而金属-有机骨架（MOFs）是由无机构建单元（金属离子或簇）和有机连接体通过中等强度的配位键连接而成。POPs和MOFs作为多孔功能材料的新成员，具有独特的结构特点和功能特性，已在气体吸附、分离、荧光传感、光电功能材料及催化等领域显示出广泛的应用前景。POPs和MOFs材料通常具有高比表面积、可调的孔径和孔体积、良好的物理化学稳定性、分子设计多样性以及后合成修饰等优势。因此，POPs和MOFs材料为碘捕获提供了出色的平台。该综述系统地总结了POPs和MOFs这两类多孔材料在碘捕获领域的最新研究进展。表1总结列出了一些性能优异的POPs和MOFs材料的孔结构特征和碘吸附能力。
表1. 选出POPs和MOFs材料的孔结构特征及碘吸附性能
Materials | BET surface area (m2/g) | Pore size (Å) | Pore volume (cm3 g-1) | Iodine uptake (wt.%) |
TPB-DMTP | 1927 | 33 | 1.28 | 620 |
TPT-BD-COF | - | - | - | 543 |
TTA-TTB | 1733 | 22 | 1.01 | 500 |
TTPPA | 512.39 | 19.1 | 0.2997 | 490 |
SIOC-COF-7 | 618 | 11.8 | 0.41 | 481 |
CalPOF-1 | 303 | - | - | 477 |
COF-DL229 | 1762 | 14 | 0.64 | 470 |
ETTA-TPA | 1822 | 14, 27 | 0.95 | 470 |
TPT-DHBD25-COF | - | - | - | 465 |
TTPB | 222 | 19.4 | 0.127 | 443 |
NDB-H | 116.93 | 74.6 | 0.13 | 443 |
TPT-DHBD50-COF | - | - | - | 430 |
NDB-S | 56.45 | 75.5 | 0.11 | 425 |
TPT-DHBD75COF | - | - | - | 412 |
CalPOF-2 | 154 | - | - | 406 |
TPT-DHBD-COF | - | - | - | 388 |
POP-2 | 41 | 20, 400 | - | 382 |
COP10 | - | - | - | 380 |
TFBCz-PDA | 1441 | 15 | 0.74 | 370 |
POP-1 | 12 | 20, 400 | - | 357 |
CalPOF-3 | 91 | - | - | 353 |
ADB-HS | 148.20 | 62.8 | 0.14 | 345 |
SCMP-II | 119.76 | 20 | - | 345 |
ADB-S | 41.53 | 62.9 | 0.07 | 342 |
HCMP-3 | 82 | <10 | 0.08 | 336 |
TTDAB | 1.643 | 17.6-27.0 | 0.004 | 313 |
CalP4_Li | 445 | - | 0.588 | 312 |
Tm-MTDAB | 2.778 | 27.9 | 0.007 | 304 |
HCMP-1 | 430 | <10 | 0.22 | 291 |
AzoPPN | 400 | 5.8-12.7 | 0.68 | 290 |
HCOF-1 | - | - | - | 290 |
BDP-CPP-1 | 635 | 49 | 0.78 | 283 |
HCMP-2 | 153 | <10 | 0.06 | 281 |
Zr6O4(OH)4(peb)6 | 2650 | 14.2 | 1.16 | 279 |
COP20 | - | - | - | 277 |
PAF-24 | - | - | - | 276 |
PAF-23 | - | - | - | 271 |
TTA-TFB | 1163 | 16 | 0.55 | 270 |
NAPOP-4 | 626 | 12.7 | 0.15, 1.17 | 265 |
PAF-25 | - | - | - | 260 |
COP2++ | - | - | - | 258 |
CalP3_Li | 308 | - | 0.558 | 248 |
NAPOP-3 | 702 | <4.3, 5.8 | 0.18, 1.01 | 241 |
NAPOP-2 | 458 | <4.2, 5.9 | 0.10, 0.78 | 239 |
Azo-Trip | 510.4 | 6.5 | 0.47 | 238 |
BDP-CPP-2 | 235 | 30 | 0.18 | 223 |
SCMP-2 | 855 | - | 1.50 | 222 |
HCMP-4 | - | <10 | - | 222 |
NRPP-2 | 1028 | 7.0 | 0.81 | 222 |
CalP4 | 759 | - | 1.08 | 220 |
COP1++ | - | - | - | 212 |
COP2•+ | - | - | - | 211 |
FCMP-600@2 | 780 | 17.4 | 0.665 | 209 |
CMPN-3 | 1368 | ~20 | 2.36 | 208 |
NAPOP-1 | 657 | <3.9, 7.2 | 0.25, 1.49 | 206 |
NiP-CMP | 2630 | 7.0-12.5 | 2.288 | 202 |
HKUST-1 | 1850 | 5.0-13.5 | 0.74 | 175 |
{[(ZnI2)3(tpt)2] | - | - | - | 173 |
MFM-300(Sc) | 1250 | 8.1 | 0.50 | 154 |
HMTI-1 | - | 18×21 | - | 150 |
MFM-300(Fe) | 1192 | 7.8 | 0.46 | 129 |
ZIF-8 | 1630 | 3.4-11.6 | 0.66 | 125 |
UiO-66-PYDC | 1030 | - | 0.43 | 125 |
MFM-300(In) | 1050 | 7.6 | 0.41 | 116 |
Zr6O4(OH)4(sdc)6 | 2900 | 11.9 | 1.33 | 107 |
Zn3(DL-lac)2(pybz)2 | 762.5 | 10.5 | 0.40 | 101 |
HMTI-2 | - | 4×18 | - | 100 |
与传统的多孔材料相比，POPs和MOFs材料具有明显的优势，目前已在碘吸附领域显示出潜在的应用前景。但是其碘储存能力仍有待提高，综述中作者分析讨论了提高POPs和MOFs材料碘捕获能力的有效策略，如增加材料的比表面积和孔体积；选取具有独特配置和功能的有机建筑单元，引入化学官能团以提供高焓结合位点；以及进一步对POPs和MOFs材料进行后处理等手段。此外，作者还指出了POPs和MOFs这两类多孔材料在碘捕获过程中存在的问题和面临的挑战，如它们的合成成本较高，大都处于实验室合成阶段，难以大规模量产实现实际应用；另一方面MOFs材料较低的稳定性也限制了其工业应用。因此，迫切需要设计和开发具有可控形貌和粒径、化学耐久性良好及低成本的新型高效吸附材料。作者期望该篇综述能为科研工作人员提供一些有价值的参考，进一步拓展吸附材料的研究范围，并在某种程度上为设计和开发高效多孔吸附材料提供一些新的思路。
文章信息及链接：
W. Xie, D. Cui, S. R. Zhang, Y. H. Xu* and D. L. Jiang*, Iodine capture in porous organic polymers and metal-organic frameworks materials, Mater. Horiz., 2019, DOI: 10.1039/C8MH01656A.
https://doi.org/10.1039/C8MH01656A
许彦红研究团队介绍：
许彦红，女，吉林师范大学教授，东北师范大学博士生导师。生于1982年1月，2005年在哈尔滨师范大学化学系获得学士学位，2009年在东北师范大学化学系获得硕士学位。2009-2012年在日本综合研究大学院大学学习，获得博士学位。2012-2014年在日本国立自然科学研究机构分子科学研究所做博士后。2013年入选吉林省首批“长白山学者奖励计划”。2015年由许彦红作为带头人的“功能微孔聚合物骨架材料”团队，获批“吉林省高校创新团队”。2017年入选吉林省第六批拔尖创新人才(第三层次)。
该课题组作为吉林师范大学环境友好材料制备与应用教育部重点实验室主要成员之一，主要围绕新型纳米多孔聚合物骨架的设计、合成及其在光电、传感、气体吸附、非均相催化等应用领域开展研究工作，取得了一些原创性的研究成果，并已在国际顶级期刊Nature Commun.，Chem. Soc. Rev.，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Commun.等发表论文30余篇。
课题组链接：http://xuyhktz.com/
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