可以由整个稀土金属家族制成的材料可能是解决导致酸雨的二氧化氮和二氧化硫（NO2 和 SO2）污染的关键。

利用 REE 基金会，橡树岭国家实验室、桑迪亚国家实验室和田纳西大学诺克斯维尔分校的研究人员已经着手寻找可以有效检测和捕获酸性气体的金属有机框架 (MOF)。

在ACS Applied Materials and Interfaces杂志上发表的一篇论文中，科学家们解释说，该方法包括各种技术解决方案，旨在通过捕获或捕获排放物中的有毒气体来过滤空气，在某些情况下，捕获的分子也可以被储存和储存。重复使用。

MOF 本质上是一个由有机分子相互连接的金属原子的微观矩阵，这些有机分子形成了微小的、相互连接的金属笼的重复图案。它们就像海绵一样，可以将分子粘附或吸收到其表面。

研究稀土 MOF 的研究人员使用计算机模拟以及中子和 X 射线散射实验的组合来帮助他们确定合成材料的最佳条件。在此过程中，他们还发现了 MOF 中形成的一个有趣缺陷的重要细节，他们说这些缺陷可用于构建用于捕获排放物或检测有毒气体危险水平的设备。

“金属有机框架的灵活性、化学性质以及如何调整它们的结构都非常新颖。如果你换掉有机分子，你可以调整结构以针对不同的气体，”该研究的主要作者苏珊亨克利斯在一份媒体声明中说。

“酸性气体通常来自燃烧过程，因此这项研究可用于开发设备，以帮助限制大型工业设施（如炼油厂和化石燃料发电厂）的排放。”

了解 MOF

根据 Henkelis 和她的同事的说法，研究的第一步是了解 MOF 中的原子键是如何形成的以及原子是如何排列的。

理想情况下，每个合成 MOF 内的笼子形成一个立方体。每个角落包含一个由六个稀土金属离子组成的簇，另一个簇位于立方体的中心。簇中的每一对金属离子通过单个链接或连接分子连接到另一个簇中的另一对。

但有时会出现缺陷，特别是在由铕离子制成的 MOF 中，接头会扭结并暴露稀土离子，这增加了污染物分子被困在结构中的可能性。

为了找出为什么会发生这种情况，研究人员结合使用中子和 X 射线散射实验来绘制材料的原子结构图。

他们使用 X 射线找到了重金属元素，从而提供了整体结构的轮廓。而且，为了更好地了解有机分子的排列方式，他们使用一种称为散裂中子源 (SNS) 的仪器用中子轰击这些材料，这有助于他们追踪形成分子键的氢、碳和氧原子的位置。金属离子簇。

缺陷的影响

从实验中，该团队能够确定具有缺陷的材料实际上比无缺陷的材料形成得更快。他们还发现，可以通过调整温度和晶体材料生长所需的时间来有意诱发缺陷。

然后，该团队使用从实验中获得的结构数据进行计算机模拟，以了解每种材料（无论有无缺陷）如何与有毒气体 NO2 和 SO2 相互作用。

该研究的通讯作者 Tina Nenoff 说：“虽然这些新见解是在基础研究方面，但它们可能会在未来产生重大影响。”

“我们了解了有关这些材料如何形成的新信息，我们可以使用这些信息来控制和设计更具特异性的 MOF。此外，我们开发了一种全面的方法来评估大量 MOF，这将有助于加快寻找新的候选材料并开发有用技术的步伐。”