2021年7月15日
位于伊利诺斯州埃文斯顿的西北大学的科学家们开发了一种集成了锆基坚固金属有机框架(MOFs)的水凝胶，可以快速降解化学战中使用的基于有机磷的神经毒剂。
与现有的粉末MOF吸附剂不同，该水凝胶复合材料不需要添加水，并且可以容易地扩大用于防护口罩或衣服。这项工作似乎在JUSCE期刊Chem催化。
“基于有机磷的神经毒剂是人类已知的毒性最大的化学物质之一，”西北大学化学教授，资深作者Omar Farha说。他们在最近的全球冲突中的使用反映了对个人防护装备的迫切需要，以及化学武器库存的散装破坏。在这项工作中，我们将含有MOF和胺的交联水凝胶整合到布料中以构建适当的微环境，以促进神经代理的快速降解并提供实时保护。“
虽然MOFs之前已经证明了其快速分解有机磷剂和在实验室中模拟有机磷剂的化学物质的能力，但这些粉状吸附剂被证明很难直接集成到防护服中。当神经毒剂与它们的锆-6簇结合时，它们通常会使粉末和纤维复合催化剂失去活性。这一缺陷要求使用碱性溶液来再生MOFs的催化位点——这一要求并不会阻止此类MOFs被用于消除储存的化学武器，但却阻碍了它们在可穿戴防护装备中的使用。
为了克服这一挑战，Farha和同事设计了一种基于MOF的纺织复合体系，在胺类水凝胶中使用水来分解神经剂。该材料通过将三个关键部件汇集为拆除毒性有机磷剂的水解反应。MOF的锆节点提供了一种Lewis酸性位点，其激活磷中心（神经剂的活性部分），而水凝胶孔捕获必要的水。水凝胶骨架中的碱性胺基团产生羟基以促进对有机磷底物的亲核攻击和随后在锆中心（即催化转换）上的水解产物的移位。
研究人员将这种水凝胶复合材料与棉纤维结合，并通过在其表面应用少量模拟或实际神经毒剂(与美国陆军实验室合作进行测试)来测试它。接下来，他们用核磁共振波谱分析了产品和衬底。他们发现，这种复合材料在10分钟内化学转化了99%的试剂，即使在密封的小瓶中保存3个月后，仍然保持着这种高水平的催化活性。
“与我们以前开发的内容相比，此处开发的复合材料代表着显着的改进，”Farha说。“也很重要的是要注意，这里与其固态的复合物报告的反应性与碱性水溶液中获得的反应相当。”
由于作者设想了新型水凝胶复合材料作为适用于西装和掩模的反应层，因此他们注意到进一步的工程和测试将是必要的，将其整合到这些现有产品中。然而，由于用于生产复合材料的方法简单且易于缩放，因此Farha建议将来可能有大规模的基于MOF的面具和适合。
“我们正在优化复合材料以适合真实世界的条件”Farha说。“我们希望将来希望这些材料将被商业化并用于保护人类生活。”欧洲杯足球竞彩
这项工作主要由国防威胁减少机构和陆军研究办公室支持。Omar Farha对初创公司Numat Tech-Nologies有一种经济利益，该技术正在寻求商业化金属有机框架。
Chem催化，ma等.:锆基金属-有机骨架水凝胶复合材料近瞬时催化水解有机磷神经毒剂https://www.cell.com/chem - catalysis/fulltext/s2667 - 1093 (21) 00091 - 9
来源:https://www.cell.com.