双金属CuCoBTC系列通过路易斯酸碱协同作用与DFT分析实现高效NH3吸附

为解决工业氨气(NH3)污染难题，台湾研究团队通过溶剂热法合成Cu1CoxBTC双金属MOFs，揭示Cu2+/Co2+协同作用机制。Cu1Co1BTC在100 ppm条件下实现13.45 mg/g吸附量，10次循环后保持94%容量，DFT证实M?N配位键主导吸附过程，为设计高稳定性MOF吸附剂提供理论依据。

　　

氨气(NH₃)作为重要的化工原料，在农业和能源领域应用广泛，但其强腐蚀性和毒性导致的环境污染问题日益严峻。传统吸附材料面临容量低、稳定性差等瓶颈，而铜基金属有机框架(CuBTC)虽具有开放金属位点，却存在湿度敏感性和中等吸附性能的缺陷。台湾研究人员通过创新性引入钴(Co)元素，构建Cu₁Co_xBTC系列材料，在《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》发表的研究中揭示了双金属协同增强NH₃捕获的新机制。

研究采用溶剂热法合成Cu₁Co_xBTC(x=0.1-2)，通过X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)确认Co²⁺成功掺入晶体结构。NH₃-程序升温脱附(NH₃-TPD)结合密度泛函理论(DFT)计算，系统分析了吸附动力学与电子结构特征。

【Characterization of MOF】部分显示，随着Co含量增加，材料颜色从Cu₁BTC的亮蓝渐变为Cu₁Co₁BTC的翠绿色，扫描电镜(SEM)观察到晶体形貌从八面体向不规则多面体转变。比表面积分析表明Co掺入使孔隙率提升12%，为NH₃扩散提供更多通道。

【Abstract】揭示的关键发现是：Cu₁Co₁BTC在25°C、100 ppm条件下展现13.45 mg/g的优异吸附性能，远超单金属MOFs。DFT计算证实NH₃通过氮孤对电子与Cu²⁺/Co²⁺形成M?N配位键，其中Co位点结合能(-2.34 eV)比Cu(-1.98 eV)更强，键距缩短0.15 ?，解释其更高吸附活性。

【Conclusion】强调该工作首次阐明双金属位点通过电子结构调变增强NH₃捕获的分子机制。Cu²⁺提供主要吸附位点，而Co²⁺通过增强路易斯酸性优化吸附强度，二者协同使材料在循环测试中保持94%容量，突破传统MOFs稳定性限制。该研究为开发新一代智能吸附材料提供"结构-性能"双重设计范式，对工业废气治理具有重要应用价值。