凝胶|水凝胶材料有助降解神经毒剂

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美国科学家开发出一种与锆基金属有机框架（MOFs）集成的水凝胶，可以快速降解化学战中使用的有机磷类神经毒剂。与现有的粉状MOF吸附材料不同，这种水凝胶材料不需要添加水，便于用在防护口罩或服装上。这项研究日前发表在《化学催化》上。
以有机磷为基础的神经毒剂是人类已知毒性最强的化学物质之一。西北大学化学教授、论文通讯作者Omar Farha说，在这项工作中，我们将MOFs和含胺交联水凝胶整合到布料中，以建立适当的微环境，进而促进神经毒剂的快速降解，并提供实时保护。
虽然科学家之前已经证明了MOFs在实验室中快速分解有机磷制剂和类似模拟物质的能力，但事实证明，这些粉末吸附剂很难直接集成到防护布中。当神经毒素与锆6簇结合时，通常会使粉末和纤维复合催化剂失活。这一缺陷要求使用碱性溶液再生MOFs的催化位点——这不会阻止MOFs被用于消除储存的化学武器，但会阻碍它们在穿戴防护装备中的使用。
为了克服这一挑战， Farha及同事设计了一种基于MOF的织物复合系统，该系统使用胺基水凝胶中的水分解神经毒剂。这种材料的工作原理是将3个关键组分结合在一起，进行水解反应，从而去除有毒的有机磷剂。 MOF的锆节点提供了一个路易斯酸性位点，它能激活磷中心（神经毒剂的活性部分），而水凝胶孔则捕获必要的水，最后水凝胶主链上的碱性胺基生成羟基，促进对有机磷底物的攻击，进而使水解产物在锆中心上发生置换（即催化周转）。
研究人员将这种水凝胶复合材料与棉纤维结合，并用模拟或实际神经毒剂进行了测试。他们使用核磁共振波谱分析了产品和衬底，发现复合材料在短短10分钟内化学转化了99%的试剂，即使在密封瓶中保存3个月，也能保持这种高水平的催化活性。
【凝胶|水凝胶材料有助降解神经毒剂】虽然将其集成到现有产品还需要进一步的工程和测试，但由于材料生产方法简单且易于扩展， Farha认为大规模生产基于该材料的面罩和防护服在未来是可能的。