Angew. Chem. ：基于十二核镍簇金属-有机框架实现对二氧化硫和二氧化氮高效捕获

全球空气污染仍然是当今社会面临的主要问题之一。世界卫生组织2021年统计显示，每年大约有7百万人死于直接或间接空气污染。氮氧化物和硫氧化物是最常见的大气污染物，对环境和人类健康构成了严重威胁。其中SO₂和NO₂的生物病理毒性非常高，是造成众多呼吸疾病的元凶。近年来经过研究者们不断的努力，一些对于SO₂和NO₂具有良好捕获能力的材料被报道，然而关于吸附机制和活性作用位点的研究还不够完善，这严重阻碍了多孔材料对于有害气体捕获的进一步研究和开发。

近日，南开大学师唯课题组和曼彻斯特大学杨四海课题组报道了一例具有六个潜在配位点的十二核Ni簇基金属-有机框架材料（NKU-100）。该材料同时展现了对SO₂和NO₂的高效和可逆吸附，在室温和一个大气压下吸附量分别达到6.21和5.80 mmol g^-1。其极高的稳定性实现了保持材料结晶性和孔道完整性前提下二十余次对二氧化硫的捕获。混合气体分离实验证实，NKU-100可以从混合气体中选择性的捕获低浓度的SO₂和NO₂。

通过原位同步辐射单晶X-射线衍射技术，作者阐释了SO₂和NO₂在该金属-有机框架的配位内界和外界中的协同吸附机制。SO₂和NO₂与金属簇之间可以形成较强的内界配位作用，实现在低浓度下高效和选择性捕捉。此外，SO₂和NO₂可以与金属-有机框架在配位外界通过π···π相互作用与偶极相互作用可逆吸附在NKU-100中。作者还通过原位同步辐射红外显微光谱进一步研究了SO₂的负载对主客体结合动力学的影响，阐释了SO₂与NO₂竞争性吸附的作用机制。

迄今，对SO₂和NO₂具有可逆吸附性质的金属-有机框架材料的报道十分有限，主要受限于金属-有机框架材料对这些腐蚀性气体的稳定性较低。腐蚀性气体会破坏金属和配体之间的配位键，而簇基金属-有机框架的配位键相对较强，更耐受这些腐蚀性气体。

设计高效的吸附材料，实现SO₂和NO₂的选择性吸附对于清洁空气技术的发展仍然是一项具有挑战性的任务。了解吸附材料微环境中的活性位点以及目标分子与吸附材料的结合机制可以为进一步设计高性能的吸附材料提供可靠依据。该研究证实了簇基材料的超强稳定性，对于新材料的研究和开发提供了新的研究思路。

论文信息：

A {Ni12}-Wheel-Based Metal-Organic Framework for Coordinative Binding of Sulphur Dioxide and Nitrogen Dioxide

Sihai Yang, Zongsu Han, Jiangnan Li, Wanpeng Lu, Kunyun Wang, Yinlin Chern, Xiaoping Zhang, Longfei Lin, Xue Han, Simon Teat, Mark Frogley, Wei Shi, Peng Cheng

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202115585