我校王金凤/刘磊/舒亚婕跨学科合作在环境领域顶级期刊《Environmental Science & Technology》上发表氨气吸附精准调控研究成果

近日，先进纺纱织造及清洁生产国家地方联合工程实验室王金凤/化工学院刘磊教授团队在环境领域顶刊《Environmental Science & Technology》上发表题为“Metal Node Control of Coordinatively Unsaturated Sites in Heterobimetallic MOFs for Stable and High Ammonia Adsorption.”的研究论文（论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.5c10020）。武汉纺织大学为论文第一署名单位，技术研究院舒亚婕博士为第一作者，王金凤教授、刘磊教授、中科院化学所张金明研究员和新疆大学黄海保教授为共同通讯作者。

在“双碳”目标驱动下，氨气（NH₃）作为零碳燃料的潜在应用与其环境危害形成矛盾。NH₃的高效捕集、存储与解吸是工业过程优化及PM_2.5污染治理的核心挑战之一。尽管金属有机框架（MOFs）凭借其高比表面积、可调孔径与化学多样性在NH₃吸附领域展现出潜力，但现有MOFs仍面临瓶颈：低浓度NH₃捕获效率不足，难以满足工业废气净化需求；高压吸附后因NH₃强配位导致金属-配体键断裂（如Cu-O键解离能仅~150 kJ/mol），循环稳定性差（如传统铜基MOF因强配位键难以脱附NH₃）等。虽然引入高价态金属（如Ti⁴⁺、Zr⁴⁺）可以增强金属-配体键的强度以提高稳定性，但可能导致活性位点被溶剂分子占据，难以产生可用于吸附的开放金属位点（OMS）。

本研究通过构建新型多元异质MOF——MUV-102(Cu-Ti)，将硬金属（Ti⁴⁺）与软金属（Cu²⁺）耦合于同一节点，协同优化了材料稳定性和NH₃吸附性能。研究发现，该材料通过结合Ti⁴⁺的强配位能力与Cu²⁺的柔性配位环境，精准集成异质金属Cu(²⁻ᵟ)⁺-Ti⁴⁺簇，显著提高NH₃吸附性能和循环稳定性，增强金属-羧酸酯键的抗腐蚀能力。此外，通过电荷互补与键能平衡，双金属簇协同调控配位微环境，产生大量开放的金属位点，促进了MUV-102(Cu-Ti)对高浓度（22.4 mmol/g）和低浓度NH₃（3.9 mmol/g）的高效吸附性能和可逆稳定性，其吸附容量位居已报道MOF材料的前列，并可稳定循环使用9次以上。本研究不仅为工业废气中低浓度NH₃的高效捕集提供新策略，其稳定的多孔框架还可拓展至NH₃储能、车载氢能系统等领域的应用边界。