美國科學(xué)家開發(fā)出一種與鋯基金屬有機(jī)框架(MOFs)集成的水凝膠，可以快速降解化學(xué)戰(zhàn)中使用的有機(jī)磷類神經(jīng)毒劑。與現(xiàn)有的粉狀MOF吸附材料不同，這種水凝膠材料不需要添加水，便于用在防護(hù)口罩或服裝上。這項(xiàng)研究日前發(fā)表在《化學(xué)催化》上。
“以有機(jī)磷為基礎(chǔ)的神經(jīng)毒劑是人類已知毒性最強(qiáng)的化學(xué)物質(zhì)之一。”西北大學(xué)化學(xué)教授、論文通訊作者Omar Farha說，“在這項(xiàng)工作中，我們將MOFs和含胺交聯(lián)水凝膠整合到布料中，以建立適當(dāng)?shù)奈h(huán)境，進(jìn)而促進(jìn)神經(jīng)毒劑的快速降解，并提供實(shí)時(shí)保護(hù)。”
雖然科學(xué)家之前已經(jīng)證明了MOFs在實(shí)驗(yàn)室中快速分解有機(jī)磷制劑和類似模擬物質(zhì)的能力，但事實(shí)證明，這些粉末吸附劑很難直接集成到防護(hù)布中。當(dāng)神經(jīng)毒素與鋯6簇結(jié)合時(shí)，通常會(huì)使粉末和纖維復(fù)合催化劑失活。這一缺陷要求使用堿性溶液再生MOFs的催化位點(diǎn)——這不會(huì)阻止MOFs被用于消除儲(chǔ)存的化學(xué)武器，但會(huì)阻礙它們在穿戴防護(hù)裝備中的使用。
為了克服這一挑戰(zhàn)，F(xiàn)arha及同事設(shè)計(jì)了一種基于MOF的織物復(fù)合系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用胺基水凝膠中的水分解神經(jīng)毒劑。這種材料的工作原理是將3個(gè)關(guān)鍵組分結(jié)合在一起，進(jìn)行水解反應(yīng)，從而去除有毒的有機(jī)磷劑。MOF的鋯節(jié)點(diǎn)提供了一個(gè)路易斯酸性位點(diǎn)，它能激活磷中心(神經(jīng)毒劑的活性部分)，而水凝膠孔則捕獲必要的水，最后水凝膠主鏈上的堿性胺基生成羥基，促進(jìn)對有機(jī)磷底物的攻擊，進(jìn)而使水解產(chǎn)物在鋯中心上發(fā)生置換(即催化周轉(zhuǎn))。
研究人員將這種水凝膠復(fù)合材料與棉纖維結(jié)合，并用模擬或?qū)嶋H神經(jīng)毒劑進(jìn)行了測試。他們使用核磁共振波譜分析了產(chǎn)品和襯底，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料在短短10分鐘內(nèi)化學(xué)轉(zhuǎn)化了99%的試劑，即使在密封瓶中保存3個(gè)月，也能保持這種高水平的催化活性。
雖然將其集成到現(xiàn)有產(chǎn)品還需要進(jìn)一步的工程和測試，但由于材料生產(chǎn)方法簡單且易于擴(kuò)展，F(xiàn)arha認(rèn)為大規(guī)模生產(chǎn)基于該材料的面罩和防護(hù)服在未來是可能的。
標(biāo)簽： 神經(jīng)毒劑 講解 口罩 服裝
