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稀土金屬毒性

可以由所有稀土金屬制成的材料可能是解決二氧化氮和二氧化硫(NO2和SO2)污染的關鍵，而二氧化氮和二氧化硫是導緻酸雨的原因。

産業前沿編譯

橡樹嶺國家實驗室、桑迪亞國家實驗室和田納西大學諾克斯維爾分校的研究人員利用REE基金會，已經開始尋找金屬有機框架或MOFs，這種框架可以有效地檢測和捕獲酸性氣體。

在發表在《ACS應用材料與界面》(ACS Applied Materials and Interfaces)雜志上的一篇論文中，科學家們解釋說，這種方法包括各種技術解決方案，旨在通過捕獲或捕獲排放的有毒氣體來過濾空氣，在某些情況下，捕獲的分子也可以存儲和再利用。

MOFs本質上是一種由金屬原子組成的微觀矩陣，它們通過有機分子相互連接，形成一個微小的、相互連接的金屬籠子的重複圖案。它們就像海綿一樣，可以吸附或吸收表面的分子。

研究稀土MOFs的研究人員使用計算機模拟和中子和x射線散射實驗的組合來幫助他們确定合成材料的最佳條件。在這個過程中，他們還發現了MOFs中一個有趣缺陷的重要細節，他們說，這個缺陷可能有助于制造捕捉排放或感知有毒氣體危險水平的設備。

“金屬-有機框架在靈活性、化學性質以及如何定制其結構方面都非常新穎。如果你交換有機分子，你可以調整結構，以針對不同的氣體，”該研究的主要作者蘇珊·漢克裡斯（Susan Henkelis）在一份媒體聲明中說。“酸性氣體通常來自燃燒過程，所以這項研究可能有助于開發設備，幫助限制煉油廠和化石燃料發電廠等大型工業設施的排放。”

理解MOFs

據Henkelis和她的同事說，研究的第一步是了解MOFs中的原子鍵是如何形成的，以及原子是如何排列的。

理想情況下，每個合成MOF内部的籠子形成一個立方體。每個角落都包含一個由6個稀土金屬離子組成的簇，立方體中心還有一個簇。簇中的每一對金屬離子通過單鍊或連接分子與另一簇中的另一對金屬離子連接。

但有時也會出現缺陷，特别是在铕離子制成的MOFs中，連接子扭結并暴露出稀土離子，這增加了污染物分子被困在結構中的可能性。

為了找出發生這種情況的原因，研究人員結合使用中子和x射線散射實驗來繪制材料的原子結構。

他們使用x射線尋找重金屬元素，這提供了整體結構的輪廓。此外，為了更好地理解有機分子的排列方式，他們使用一種名為散裂中子源(散裂中子源)的儀器，用中子轟擊這些材料，這有助于他們跟蹤氫、碳和氧原子的位置，這些原子形成了金屬離子簇之間的分子鍵。

缺陷的影響

從實驗中，該團隊能夠确定，有缺陷的材料實際上比沒有缺陷的材料形成得更快。他們還發現，可以通過調整結晶材料生長的溫度和時間來有意地誘導缺陷。

然後，研究小組利用從實驗中獲得的結構數據進行計算機模拟，以了解每種材料——有缺陷和沒有缺陷——如何與有毒氣體NO2和SO2相互作用。

該研究的通訊作者Tina Nenoff說:“雖然這些新見解是在基礎研究方面，但它們可能會對未來産生重大影響。”“我們了解到這些材料如何形成的新信息，我們可以利用這些信息來控制和設計更特異的MOFs。此外，我們開發了一種評估大量MOFs的綜合方法，這将有助于加快尋找新候選材料的步伐，并在有用的技術中開發它們。”

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