银纳米团簇组装材料用于化学战剂降解

注：文末有本文科研思路分析

近年来，原子级精确的金属团簇日益受到科学家的重视。金属纳米团簇的尺寸介于纳米颗粒和原子之间，具有潜在的、独特的发光和催化性能。目前，金属团簇基材料的有效催化研究进展依然十分缓慢。利用有机配体将金属团簇高度有序配位组装，是提升金属团簇稳定性和增强功能的重要途径。郑州大学的臧双全教授（点击查看介绍）团队在此研究领域做出十分有特色的研究工作（代表性的工作有Na. Chem., 2017, 9, 689-697; J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 1069-1076; Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 8560-8566; Adv. Sci. 2019, 6, 1801304）。

近日，该团队利用卟啉配体成功组装银硫纳米团簇，制备了一例新型多孔团簇组装材料Ag₁₂TPyP，该材料可同时捕获和快速降解化学战剂模拟剂(CEES)。

研究发现，在Ag₁₂TPyP中，一方面十二核银硫纳米团簇与卟啉的协同作用，使得在光照条件下可以高效地将氧气转化为单线态氧，实现了CEES的选择性氧化降解；另一方面其发达的孔道结构和Ag与Cl间相互作用的引入，可以有效地捕获化学战剂模拟剂。最终，该材料降解化学战剂模拟剂的半衰期达到1.5 min，产物选择性高达100%。该降解速率已超过目前报道的基于MOFs材料的催化剂。此外，在光催化氧化降解过程中，该材料也表现出了优异的循环性和稳定性。

该成果不仅拓宽了银硫纳米团簇的应用领域，而且为设计和制备具有高化学战剂催化活性的材料提供了全新的研究思路。

相关工作近期发表在J. Am. Chem. Soc.上，通讯作者为王乾有博士和臧双全教授，第一作者是硕士研究生曹曼。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Porphyrinic Silver Cluster Assembled Material for Simultaneous Capture and Photocatalysis of Mustard-Gas Simulant

Man Cao, Rui Pang, Qian-You Wang,* Zhen Han, Zhao-Yang Wang, Xi-Yan Dong, Shun-Fang Li, Shuang-Quan Zang,* Thomas C. W. Mak

J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 14505-14509, DOI: 10.1021/jacs.9b05952

导师介绍

臧双全

https://www.x-mol.com/university/faculty/14698

科研思路分析

Q： 这项研究最初是什么目的？或者说想法是怎么产生的？

A：根据文献调研，我们发现目前降解化学战剂的材料存在速率低、产物选择性差等问题。基于我们团队前期在银硫纳米团簇的修饰和组装方面的研究特长，我们希望通过桥连配体的选择与设计，获得具有优异催化性能的团簇组装材料。因此，选取了典型的光敏剂卟啉化合物与银硫纳米团簇组装，并利用卟啉和纳米团簇的协同作用实现化学战剂的高效氧化降解。

Q：研究过程中遇到哪些挑战？

A：在本研究过程中，首先面对的挑战是如何控制合成卟啉基团簇组装材料，通过优化反应与结晶条件，以获得高质量的卟啉基团簇组装材料单晶。在这个过程中，我们团队在团簇材料的组装和表征过程方面的经验累计起到了至关重要的作用。

此外，这项研究属于交叉学科的研究，其中需要不少催化方面的背景知识，尤其我们的团队从未做过此类催化降解化学战剂实验，因此，从化学战剂的降解到产生单线态氧的求证，再到Ag与Cl间相互作用的验证，同时结合理论计算佐证，每一步都让我们团队对金属团簇组装材料的催化应用有了更深层次的认识和更大的信心。

Q：基于这个研究接下来有什么研究计划？

A：进一步优化金属团簇的结构和配体的功能，开发多种具有特定催化功能的金属团簇或金属团簇基组装材料。