美國科學家開發(fā)出一種與鋯基金屬有機框架(MOFs)集成的水凝膠，可以快速降解化學戰(zhàn)中使用的有機磷類神經毒劑。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，便于用在防護口罩或服裝上。這項研究日前發(fā)表在《化學催化》上。
“以有機磷為基礎的神經毒劑是人類已知毒性最強的化學物質之一。”西北大學化學教授、論文通訊作者Omar Farha說，“在這項工作中，我們將MOFs和含胺交聯(lián)水凝膠整合到布料中，以建立適當?shù)奈h(huán)境，進而促進神經毒劑的快速降解，并提供實時保護。”
雖然科學家之前已經證明了MOFs在實驗室中快速分解有機磷制劑和類似模擬物質的能力，但事實證明，這些粉末吸附劑很難直接集成到防護布中。當神經毒素與鋯6簇結合時，通常會使粉末和纖維復合催化劑失活。這一缺陷要求使用堿性溶液再生MOFs的催化位點——這不會阻止MOFs被用于消除儲存的化學武器，但會阻礙它們在穿戴防護裝備中的使用。
為了克服這一挑戰(zhàn)，F(xiàn)arha及同事設計了一種基于MOF的織物復合系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用胺基水凝膠中的水分解神經毒劑。這種材料的工作原理是將3個關鍵組分結合在一起，進行水解反應，從而去除有毒的有機磷劑。MOF的鋯節(jié)點提供了一個路易斯酸性位點，它能激活磷中心(神經毒劑的活性部分)，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，促進對有機磷底物的攻擊，進而使水解產物在鋯中心上發(fā)生置換(即催化周轉)。
研究人員將這種水凝膠復合材料與棉纖維結合，并用模擬或實際神經毒劑進行了測試。他們使用核磁共振波譜分析了產品和襯底，發(fā)現(xiàn)復合材料在短短10分鐘內化學轉化了99%的試劑，即使在密封瓶中保存3個月，也能保持這種高水平的催化活性。
雖然將其集成到現(xiàn)有產品還需要進一步的工程和測試，但由于材料生產方法簡單且易于擴展，F(xiàn)arha認為大規(guī)模生產基于該材料的面罩和防護服在未來是可能的。
