近日，英國著名期刊《自然通訊》線上發表了西南科技大學國防科學技術學院何毅教授在單個ZIF-90顆粒中氣态碘吸附過程成像的研究成果。文章标題氣态碘吸附在單一锂矽并唑酯骨架-90顆粒上的可視化，全文連結：https://www.nature.com/articles/s41467-021-24830-1。這是我校首次由第一作者、第一通訊機關在子期刊性質上發表學術論文，他易是本文的交流作者，國防科技學院碩士生雷玉軒是本文的第一作者。
近年來，作為一種高危害、高遷移率的物質，氣态碘往往是在核反應和大氣臭氧對海水中碘離子氧化的過程中産生的。為了減少其環境和人類健康風險，來自世界各地的科學家正在努力開發用于捕獲氣态碘的新材料。金屬有機骨架材料作為一類重要的多孔材料，分子篩咪唑酸鹽骨架（ZIFs）已被證明是氣态碘的有效吸附劑。目前，ZIFs材料的吸附性能評價主要依靠離線分析方法測量ZIFs樣品的mg甚至克數，但它反映了許多不同尺寸和表面狀态的顆粒的整體平均吸附，進而失去了顆粒之間的個體差異資訊。
針對這些挑戰，何毅的研究團隊提出了一種基于暗場光學顯微成像技術的氣态碘原位觀察過程的新方法。利用單個ZIF-90粒子改變氣态碘吸附前後的暗場光信号，定量測定和研究了氣态碘在齊佛地和氣态碘在齊佛地通道中的吸附、反應系列、吸附速率常數和擴散系數。
ZIF-90中單顆粒氣态碘的吸附過程示意圖
單顆粒吸附成像研究表明，不同的ZIF-90顆粒對氣态碘表現出截然不同的吸附行為，吸附和吸附動力學的個體差異顯著，其中吸附差異可達2.26倍。統計分析進一步表明，決定ZIF-90吸附性能的因素不是顆粒的直徑，而是顆粒的表面缺陷。該方法具有良好的通用性，可用于研究氣态碘在其他ZIF材料中的原位動态吸附過程。這些結論為基本認識材料結構與吸附性能的關系提供了重要參考，為指導高性能氣态碘吸附劑的理論設計、實驗制備和實際應用提供了重要參考。
ZIF-90對氣态碘吸附的顆粒異質性
該研究由國家自然科學基金和西南科技大學龍山學術人才研究支援計劃資助。
源|西南科技大學網站
作者|王黎明
排版|黃偉恒
指導教師|王維
回顧|顧偉
來源：西南科技大學