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為什么近期MOF材料的研究進(jìn)展值得關(guān)注？

先豐納米 2025-02-18 | 閱讀：761

金屬有機(jī)骨架材料（MOF）是一種具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型結(jié)晶多孔材料，具有孔隙率高、比表面積大、孔道規(guī)則、孔徑可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，ZIF-8、UIO-66和ZIF-67是最常見(jiàn)也是研究最多的3種MOF。

本期小豐整理了這3種材料在關(guān)節(jié)炎治療、壓電光催化H2O2、丙烯/丙烷分離中的應(yīng)用進(jìn)展，一起看下吧~

Advanced Composites and Hybrid MaterialsMOF

基納米材料通過(guò)調(diào)節(jié)骨微環(huán)境治療骨關(guān)節(jié)炎

骨關(guān)節(jié)炎（OA）是一種退行性關(guān)節(jié)疾病，其特征是軟骨退變、軟骨下骨重塑和慢性炎癥。

2025年1月17日，期刊Advanced Composites and Hybrid Materials報(bào)道研究人員設(shè)計(jì)了一種新型的生物相容性MOF基納米材料/納米酶治療劑(CaCO3@ZIF@Mo-TA)用于退變性關(guān)節(jié)炎的治療。

在該項(xiàng)工作中，研究人員使用自組裝和離子交換方法合成了具有抗氧化活性的CaCO3@ZIF@Mo-Ta，以逆轉(zhuǎn)軟骨組織受損的氧化應(yīng)激。由于關(guān)節(jié)炎具有獨(dú)特的pH生理微環(huán)境，可以在ZIF@Mo-Ta表面降解碳酸鈣產(chǎn)生免費(fèi)的鈣離子，從而有助于與關(guān)節(jié)炎相關(guān)的骨組織的修復(fù)和再生。

進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，這種新型納米顆粒CaCO3@ZIF@Mo-TA同時(shí)結(jié)合了CAT-like和類SOD催化活性，而ZIF-8的應(yīng)用保留了其潛在生物應(yīng)用的內(nèi)在優(yōu)勢(shì)。在OA大鼠模型中，CaCO3@ZIF-8@Mo-TA發(fā)揮協(xié)同調(diào)節(jié)作用，并參與相關(guān)的細(xì)胞代謝途徑。通過(guò)調(diào)節(jié)促炎和抗炎因子的釋放，抑制了軟骨基質(zhì)的惡性降解，減輕了由炎癥引起的骨侵蝕，并促進(jìn)和保護(hù)軟骨重建，顯著改善了關(guān)節(jié)損傷并增強(qiáng)了對(duì)軟骨保護(hù)功能。機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，納米酶通過(guò)調(diào)節(jié)關(guān)鍵信號(hào)通路（包括NLRP3炎癥小體）發(fā)揮抗氧化和抗炎癥作用。

本研究提出的基于MOF納米材料的多功能納米酶為退變性關(guān)節(jié)炎提供了一種有前景的治療策略，具有臨床轉(zhuǎn)化價(jià)值。

文章名稱：Intra-articular injection of MOF-based nanomaterials for the treatment of osteoarthritis by modulating the bone microenvironment

鏈接：DOI:10.1007/s42114-025-01219-y

Angew

分子工程空間分離氧化還原中心實(shí)現(xiàn)高效的壓電光催化H2O2生產(chǎn)

利用壓電光催化從水和空氣中制備過(guò)氧化氫（H2O2）是一種很有前景的方法，但由于反應(yīng)活性位點(diǎn)不足和反應(yīng)效率低，其大規(guī)模應(yīng)用仍面臨挑戰(zhàn)。

2025年2月6日，期刊Angew報(bào)道研究人員巧妙地應(yīng)用分子工程方法設(shè)計(jì)了一種蒽醌分子接枝金屬-有機(jī)骨架壓電光催化劑（UiO-66-AQ），用于水和空氣中生成H2O2。

在該項(xiàng)工作中，研究人員在分子水平上將可見(jiàn)光響應(yīng)的AQ接枝到UiO-66上，以實(shí)現(xiàn)高效的H2O2生成。該方法通過(guò)物理隔離空間上具有不同催化反應(yīng)的氧化還原反應(yīng)位點(diǎn)，有效地促進(jìn)電子和空穴的定向轉(zhuǎn)移，可同時(shí)進(jìn)行兩步單電子水氧化和雙電子氧還原反應(yīng)，促使UiO-66-AQ催化劑在純水和空氣中的壓電光催化H2O2產(chǎn)率高達(dá)7872.4μMg-1h-1。

值得注意的是，實(shí)驗(yàn)和計(jì)算模擬證實(shí)了在配體到鏈電荷轉(zhuǎn)移模式下的快速載流子分離。電子轉(zhuǎn)移到AQ部分并迅速形成內(nèi)部過(guò)氧化物以進(jìn)行自發(fā)氧還原反應(yīng)，而空穴則直接指向UiO-66配體以進(jìn)行水氧化反應(yīng)。

此外，在可見(jiàn)光和振動(dòng)水流下，帶有由UiO-66-AQ制成的催化膜的連續(xù)流管式反應(yīng)器可通過(guò)自芬頓工藝去除96%的有機(jī)染料，證實(shí)了該催化劑在實(shí)際應(yīng)用中的巨大潛力。

這項(xiàng)工作加深了對(duì)壓電-光催化空間分離位點(diǎn)定向載流子遷移的理解，為環(huán)保和高效的H2O2合成開(kāi)辟了新的途徑。

文章名稱：Molecular Engineering Spatially Separated Redox Centers Enable Efficient Piezo-Photocatalytic H2O2 Production鏈接：DOI: 10.1002/anie.202425656

Advanced Functional Materials

用于高效丙烯/丙烷分離的穩(wěn)健金屬有機(jī)框架膜的磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)制造

ZIF-67作為沸石咪唑酯類材料的一員，由于其高的比表面積、大的孔隙率，其在氣體吸附和膜分離領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景，特別是ZIF-67膜有望應(yīng)用于分離丙烯/丙烷混合物。然而，由于晶體成核不規(guī)則和晶界結(jié)構(gòu)不良，獲得高透磁選擇性ZIF-67膜仍然具有挑戰(zhàn)性。

2025年1月16日，Advanced Functional Materials報(bào)道了一種磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)方法，可在室溫下在陽(yáng)極氧化鋁基板上制造高質(zhì)量的ZIF-67膜并用于丙烯/丙烷分離。

研究發(fā)現(xiàn)，磁場(chǎng)的存在可通過(guò)縮短誘導(dǎo)期來(lái)提高成核速率，促進(jìn)Co2+離子的有序和快速遷移，優(yōu)化ZIF-67微晶在襯底上的成核，同時(shí)抑制晶粒的過(guò)度生長(zhǎng)。這些因素共同改善了MOF膜中的晶界結(jié)構(gòu)和抑制晶間缺陷。

所得的ZIF-67膜厚度小于480nm，表現(xiàn)出優(yōu)異的丙烯/丙烷分離性能。最佳丙烯/丙烷混合物分離系數(shù)為135，丙烯滲透率為2.3×10-8mol m-2s-1Pa-1。

該研究展示了一種磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)方制備MOF膜的合理設(shè)計(jì)策略，這種膜具有卓越的分離性能和穩(wěn)定性，可滿足未來(lái)的工業(yè)應(yīng)用需求。

文章名稱：Magnetic‐Field‐Driven Fabrication of Robust Metal‐Organic Framework Membranes for Efficient Propylene/Propane Separation

鏈接：DOI:10.1002/adfm.202422400

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