羧酸基Cu(II)配合物的结构表征与亚甲基蓝吸附性能研究：Hirshfeld表面分析及多重相互作用机制解析

本研究针对工业废水中有机染料污染难题，设计合成了一种具有桨轮结构的双核Cu(II)苯甲酸配合物(CC1)，通过FTIR、单晶X射线衍射等技术表征其结构，系统考察了pH值、接触时间等因素对亚甲基蓝(MB)吸附的影响。结果表明该材料在pH=8时展现89.5%吸附效率(111.9 mg/g容量)，其优异性能源于π-π堆积、氢键等多重相互作用机制，Freundlich等温模型证实其多层吸附特性，为开发高效染料吸附剂提供了新思路。

　　

随着纺织、印染等行业的快速发展，有机染料污染已成为威胁水环境安全的突出问题。亚甲基蓝(MB)作为典型的阳离子杂环染料，因其稳定的化学结构和高度水溶性，传统处理方法难以有效去除。据统计，全球约75%的染料市场用于纺织业，这些持久性污染物不仅破坏水体生态，更可能通过食物链危害人类健康。目前吸附法虽被视为最具潜力的处理技术，但常规吸附剂普遍存在容量有限、选择性差等问题，亟需开发新型功能材料。

巴基斯坦高等教育委员会资助的研究团队在《Journal of Molecular Structure》发表成果，设计合成了一种桨轮型双核Cu(II)-苯甲酸配合物Cu₂(C₆H₅COO)₄(MeOH)₂。单晶X射线衍射揭示其独特的空间结构：两个Cu(II)中心呈现扭曲四方锥几何构型，四个苯甲酸配体通过羧酸根基团桥联形成刚性骨架。这种设计巧妙利用了苯环的π电子体系和配位不饱和位点，为染料吸附提供了多重作用位点。

研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)确认羧酸基团的不对称振动(1550 cm^-1)和对称振动(1393 cm^-1)特征峰，元素分析验证分子组成。吸附实验通过紫外-可见分光光度法监测MB浓度变化，系统优化了吸附剂量(0.02 g)、pH值(8)、接触时间(180分钟)等参数。动力学分析显示伪二级模型(R2=0.99951)最佳拟合，表明化学吸附主导过程；Freundlich等温线证实材料表面存在能量异质的多层吸附位点。

结构表征
单晶解析显示CC1具有对称的桨轮结构，每个Cu(II)与四个苯甲酸氧原子和甲醇分子配位，形成轴向位点空缺。这种特殊构型产生两个关键特征：暴露的金属位点可结合MB的硫/氮原子，而堆叠的苯环阵列为π-π相互作用提供平台。

吸附性能
在25°C、pH=8条件下，CC1对MB的饱和吸附量达111.9 mg/g，优于多数报道的铜基材料。值得注意的是，酸性环境(pH=3)时吸附量骤降67%，证实静电吸引在吸附机制中的重要性——碱性条件下去质子化的羧酸基更易与MB⁺结合。

作用机制
Hirshfeld表面分析揭示材料表面氢原子占比达42.7%，暗示氢键网络的关键作用。结合光谱证据，提出四重协同机制：1)Cu(II)与MB中N/S的配位作用；2)苯环间π-π堆积；3)羧酸基与MB⁺的静电吸引；4)O-H···π弱相互作用。这种"多位点捕获"策略显著提升吸附选择性。

再生性能
经五次吸附-解吸循环后，CC1仍保持82%初始容量，XRD显示晶体结构未破坏，证实其良好的稳定性。对比实验表明，该材料对阴离子染料刚果红的吸附量不足MB的15%，展现显著的电荷选择性。

该研究通过分子工程策略构建了结构明确的Cu(II)基吸附剂，其创新性体现在三方面：首次将桨轮型苯甲酸铜用于MB吸附；通过Hirshfeld分析量化非共价相互作用贡献；建立吸附性能-结构参数的定量关系。相比活性炭等传统吸附剂，CC1具有容量高(提升3-8倍)、pH响应灵敏等优势，为开发智能水处理材料提供新范式。未来研究可拓展至其他过渡金属体系，并探索工业废水中的实际应用潜力。