微小的化合物能让我们的星球更环保吗?

我们知道，人类活动正在对我们的星球产生极端不利的后果，研究人员正在努力寻找解决方案。最令人兴奋的领域之一是金属有机框架(MOFs)。

财政部是什么?

MOFs发现于20多年前，代表了当今最热门的研究领域之一。这些超多孔固体由锌或铜等金属组成，由有机化学物质的“接头”连接，形成类似厨房海绵的空孔网络。然而，这些毛孔比一根头发的直径要小得多。

高达90%的MOF由可被氢气、二氧化碳、人体缓释药物或一系列其他材料填充的空间组成。MOFs的内部表面积如此之大，每克可达7000平方米，一盎司分散开来，就能覆盖280个足球场的表面。［１］

MOFs的孔隙度是由Susumu Kitagawa教授在1997年进行的一系列气体吸附实验中发现的。Kitigawa最近获得了来自德国达姆施塔特默克KGaA公司和达姆施塔特大学的Emanuel Merck讲师职位(EMLS)，以表彰他在该领域的持续开创性工作。［2］

自MOFs被发现以来，由于其前所未有的孔隙度、结构和功能多样性，引起了学术界和工业界的广泛关注。MOFs的应用领域包括气体分离、气体储存、催化和碳捕获，以及新兴的医疗技术。［3]

你知道吗?

  • ≈1盎司

    一盎司的财政部，分散开来，可以覆盖280个足球场的表面。

  • 90％

    由空空间组成。

  • 7，000

    MOFs有巨大的内部表面积-高达7000平方米每克。

    InnoCom挑战

    MOFs的应用:清洁能源和绿色地球

    我们的星球正处于危机之中。人类活动的影响已经达到了深刻影响地球大气、冰盖、海洋、森林、土地和生物多样性的程度

    温室气体排放量以惊人的速度上升。2018年4月，整个月大气中的二氧化碳水平平均达到410 ppm，是至少80万年来的最高水平。［5］

    MOFs可能很小，但我们相信它们对这些问题的影响可能是巨大的。它们独特的特性意味着它们在解决一系列环境问题方面显示出巨大的潜力。以下是一些重要的例子:

    使用金属有机框架进行碳捕获和净化空气

    考虑到目前大气中二氧化碳的惊人水平，开发有效的碳捕获和储存技术至关重要。但二氧化碳并不是释放到大气中的唯一有潜在问题的气体。在全球范围内，近1.5亿吨氨(NH3.)，用于制造肥料、药品、商业清洁产品、制冷剂等。与此同时，众所周知，烟气中的二氧化硫和氮氧化物对环境具有破坏性影响，导致雾霾和酸雨的形成，并导致气候变化。它们的高孔隙率、可变孔径和高浓度的活性吸附位点使MOFs成为一种很有前途的材料，用于在工业活动和生产过程中捕获许多这些气体，使它们污染我们的大气的可能性大大降低。

    清洁能源生产和储存中的MOFs

    MOFs在促进使用清洁燃料方面也可发挥作用。例如，氧燃料燃烧需要向燃烧室输送氧气而不是空气，因此反应的气态产物是接近纯二氧化碳，而不是气体混合物。这样做的好处是碳捕获不需要气体分离。然而，广泛应用氧燃料燃烧技术需要工业规模的高纯度氧2．目前，制造这种材料的过程既昂贵又耗能，但金属有机框架有可能改变这种情况。其他有前途的可再生燃料——氢(H2)和甲烷(CH4)——泰然自若地为机动车提供更清洁、更环保的汽油替代品。然而，到目前为止，还不可能以足够高的容量储存这些气体，以使它们能够被广泛采用。MOFs是实现氢气和甲烷储存能力的最具前景的材料，这是使其成为现有燃料的可行替代品所必需的。

    MOFs的未来

    MOFs的众多优势，特别是其高表面积和模块化组成，使其处于多学科交叉的位置。出于良好的理由，MOFs是当今最活跃的研究领域之一，其基础和应用特性的各个方面渗透到电子、医学、化学工程和光学等学科。它们有潜力为从对抗气候变化到战胜癌症的所有事情做出重大贡献。考虑到他们的构成，说“看这个空间”感觉非常合适!

    参考文献

    ［１］https://www.acs.org/content/acs/en/pressroom/presspacs/2012/acs-presspac-february-22-2012/mofs-special-review-issue.html
    ［2］https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ta/c8ta02919a !divAbstract
    ［3]//www.desearthers.com/en/research/grants-and-awards/emanuel-merck-lectureship.html
    ［4]https://www.nature.com/articles/415023a
    ［5］https://scripps.ucsd.edu/programs/keelingcurve/2018/05/02/carbon-dioxide-in-the-atmosphere-hits-record-high-monthly-average/

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    1评论
    • 吉娜·格雷罗州 Feb 08 2021, 11:52 PM

      美好的一天!和同事你好!是的，我在MilliporeSigma工作。我在浏览Linked In时，碰巧看到了一篇关于MOFs的文章。我对环境问题很感兴趣。事实上，就在去年，我获得了环境科学的学士学位，主修土地资源管理。我读到MOFs是如何用来捕获二氧化碳和其他气溶胶污染物的。我住在一个农业社区，由于来自农场的径流，我们的分水岭检测出各种化学品和农药含量很高，这是很常见的。MOFs也可以用来捕获土壤中的化学污染物吗?甚至河流、湖泊或海洋中的污染物? I understand that absorption of pollutants in our waterways might be challenging because MOFs might actually capture water instead. But is it possible to tailor the MOF to absorb specific chemicals? How fascinating! Thank you for your time. Gina guerrero