最近，刘锐平研究员与澳大利亚Monash大学张西旺教授合作，一起在二维金属有机框架材料在水处理上的应用研究方面取得了若干进展，相关研究成果发表在《Journal of Materials Chemistry A》、《Nanoscale》、《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》、《Chemical Engineering Journal》等国际知名杂志上。

近年来，一种高度有序的多孔纳米晶体材料—金属有机框架材料(MOFs)，由于其具有可控的结构及超高的比表面积等优点，因此得到了研究者们的广泛关注。但是，时至今日针对MOFs在水处理上的应用研究依然停留在三维层面，而三维MOFs较小的孔径尺寸使其大部分内部活性位点不能被利用，这大大限制了其去除污染物的能力。理论上，二维 MOFs片层表面上直接暴露着大量的活性位点，使得充分暴露的活性位点避免了污染物被常规MOFs的小孔道所阻隔，进而能大大提高MOFs的除污性能。

近日，该研究小组成员研究了一种锌-苯并咪唑MOFs纳米片对废水中重金属的去除性能与机制，发现与块状MOFs相比，片状MOFs不仅能够选择性去除废水中的铅和铜离子，其去除效率也得到了大幅提升，该成果发表于《Chemical Engineering Journal》杂志上（2D water-stable zinc-benzimidazole framework nanosheets for ultrafast and selective removal of heavy metals）。另外，小组成员还合成出了一种超薄层状铝-卟啉MOFs，发现该MOFs对于废水中的硝基苯有着超高的吸附能力，能够在1分钟内吸附饱和，并且吸附量高于所有已报道的吸附剂，而其原因主要是吸附后MOFs层间距的增大有利于硝基苯的进一步吸附（如图1），相关成果发表于《Nanoscale》杂志上（Layered aluminum-based metal-organic framework as a superior trap for nitrobenzene capture via an intercalation role）。

图1铝-卟啉MOFs吸附硝基苯机理示意图

图2 废水合成的铜-对苯二甲酸MOFs吸附CO2/CH4效果图

此外，小组还采用PCB废液和碱减量废水作为提供金属离子和配体的前驱体溶液，在室温下成功合成出了一种铜-对苯二甲酸层状MOFs，而且该MOFs能够选择性去除CH4中的CO2（如图2），该研究为MOFs的工业化应用提供了可行的新思路，相关成果发表于《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》杂志上（Recyclable Printed Circuit Boards and Alkali Reduction Wastewater: Approach to a Sustainable Copper-Based Metal-Organic Framework）。

以上成果主要完成者为在生态中心联合培养的硕士研究生，项目研究得到了国家自然科学基金-海外及港澳学者合作研究基金的支持。