写作背景

化学战剂(chemical warfare agents)是化学武器的重要组成部分，具备毒性强、作用快、毒效持久等特点，专门用于战争中使敌人丧失行为能力、造成伤害或死亡。根据毒剂的不同作用机理，可将化学战剂分为糜烂性毒剂、神经性毒剂以及全身中毒性毒剂等。糜烂性毒剂中具有代表性的是芥子气(HD)，其对人类构成了重大威胁。芥子气（HD），即二氯乙基硫，是臭名昭著的化学战剂，因具有挥发性，有像芥末的味道而得名。在第一次世界大战中首次使用，目前在现代战争中仍然是使用最多的化学武器。当HD 与人体皮肤接触时会产生令人疼痛的水泡，另外还会刺激人类的呼吸系统与眼睛，且在战后几十年对当地生态环境还有显著影响。科学界也日益关注着化学毒剂的降解，消除化学武器对人类的威胁。因此我们有必要研究可降解化学毒剂的稳定物质材料，提高我国对现有和未来毒剂，包括有毒工业物质在内的防护能力。目前，通用的去除化学战剂的方法有两种，分别为水解与氧化。这些方法都需要应用强吸附性能的材料。而新型材料MOFs 拥有超强的吸附性能，其高比表面积、多活性吸附位点的特点使MOFs 材料可以通过调节去增强对目标吸附物的吸附性能。故MOFs 可以应用于去除战争中的化学气体，如：沙林（Sarin）、芥子气（HD）、乙基毒气（VX）等。

由于MOFs 一般呈粉末状，在实际使用中存在容易脱落、损失和回收困难等一系列问题，因此需要物质与之结合使其稳定。使用MOFs 组装为复合材料已经是一种有效的方法，其中通过实现MOF 与聚合物组分的共价集成，在MOF 复合材料领域取得了显著的进展。目前将MOFs 与织物结合的方法很多，如静电纺丝法、溶剂热原子层沉积法、活性表面织物法、和热压法。从实际应用的角度来看，开发具有高孔结构的自支撑柔性MOF 纳米纤维膜(NFMs)是非常必要的。静电纺丝被广泛的作为一个有吸引力的技术来制造功能和先进NFMs，就是能与MOF 粒子结合，形成可自支撑且灵活的MOF/NFMs。此外，MOF 粒子的大小可以和静电纺丝纤维很好的结合在一起，进一步降低MOFs 集聚的可能性，这有利于电纺和次生生长过程。采用静电纺丝和原位生长的方法可以增加均匀稳定的MOF 载荷，从而增加MOF NFMs 的比表面积。由大量的MOF 纳米粒子和少量的聚合物组装而成的粗糙多孔纤维，聚合物含量极低即可提供自支撑的NFMs。超高的MOF 负载NFM 显示出巨大的潜力，值得注意的是，膜形式的MOF 固体吸附剂很容易在溶剂中被激活，且不需要离心。活化可以暴露更多的配位不饱和金属位点和框架中不协调的-COO-基团，提高对处理物质的吸附性能。本文章通过静电纺丝法制备纳米纤维膜作为模板，进而通过水热/溶剂热反应制备具有高表面积的柔性自支撑纯MOF 膜，并研究其化学战剂降解性能、循环次数等方面的应用。

摘要：以ZrOCl2•8H2O、均苯三甲酸为原料，三氟乙酸为调节剂，水为溶剂无模板将MOF-808原位生长在聚丙烯腈（PAN）纳米纤维膜上，制得了MOF-808@PAN纳米纤维膜。采用SEM、XRD、FTIR、TG及氮气吸附-脱附对MOF-808@PAN纳米纤维膜结构进行了表征。结果表明，MOF-808@PAN纳米纤维膜的比表面积为441.5 m2/g、孔体积为0.217 cm3/g。5 μL芥子气模拟剂2-氯乙基乙基硫醚（CEES）在40 mg MOF-808@PAN纳米纤维膜上暴露20 h，CEES的降解率可达83.7%。MOF-808@PAN纳米纤维膜使用3次后，CEES的降解率仍可达78.9%。

结论

通过静电纺丝技术成功合成了MOF-808@PAN纳米纤维膜，有效防止了MOF-808粉末团聚，克服了其不易回收的难题。MOF-808@PAN纳米纤维膜对CEES具有较好的降解效果，使用3次后，仍保持稳定的结构。MOF-808@PAN纳米纤维膜的最佳调节剂TFA含量为33.3%，反应温度100 ℃及反应时间为12 h。5 μL CEES在MOF-808@PAN纳米纤维膜（40 mg）上暴露20 h后，CEES的降解率可达到83.7%。

推测了可能的降解机理：CEES分子通过S、Cl原子与复合材料上O基团产生氢键，而被吸附到MOF-808@PAN纳米纤维膜上，随后受到Zr4+的攻击，使C—Cl键断裂发生水解得到无毒产物乙基2-羟乙基硫醚；还可能为CEES末端的Cl和H的消除形成化合物乙基乙烯基硫醚，从而将CEES降解为无毒产物。

图文导读

作者简介

第一作者：张博宁，北京科技大学能源与环境学院硕士研究生。

通讯作者：李从举，北京科技大学能源与环境工程学院教授，博士生导师，北京市节能与环保工程中心主任，入选第三批国家“万人计划”科技创新领军人才、教育部新世纪优秀人才、北京市有突出贡献的科学技术管理人才、北京市长城学者培养计划、北京市科技新星等，并担任中国复合材料学会超细纤维分会副主任，北京科技人才研究会副理事长。研究成果获得第二十一届中国专利奖“优秀奖”，中关村十大创新成果，香港桑麻纺织科技奖一等奖等。

课题组简介

北京科技大学能源与环境学院“环境与能源纳米材料交叉团队” 现有专任教学科研人员4人，其中教授/博导1人，副教授1人，讲师3人，研究生21名。团队围绕纳米纤维、MOFs、燃料电池关键材料与技术开展研究，在Advanced Materials、ACS NANO、Advanced Science、Water Research等知名期刊发表论文200余篇，申请专利30余项，成果转化落地。团队成员由来自中科院化学研究所、中科院生态中心、中科院大学、新加坡南洋理工大学及哈尔滨工业大学毕业的博士等一批高素质的研究人员构成。团队32岁以下青年教师获得国家自然科学基金青年基金3项、中国科协优秀中外青年交流计划1项、中国博士后国际交流计划引进项目1项、中国博士后科学基金一等资助1项、二等资助3项、中国博士后科学基金特别资助站中资助1项和北京市自然科学基金面上项目1项以及入选北京市青年人才托举工程2人等。团队依托于北京科技大学公共科研平台，北京科技大学工业典型污染物资源化处理北京市重点实验室、节能与环保北京市工程中心，以及北京科技大学融合创新院实验室等教学科研基地。