降解神经毒剂便于用在防护口罩或服装上

2021-08-17 13:46:02

美国科学家开发出一种与锆基金属有机框架(MOFs)集成的水凝胶,可以快速降解化学战中使用的有机磷类神经毒剂。与现有的粉状MOF吸附材料不同,这种水凝胶材料不需要添加水,便于用在防护口罩或服装上。这项研究日前发表在《化学催化》上。

“以有机磷为基础的神经毒剂是人类已知毒性最强的化学物质之一。”西北大学化学教授、论文通讯作者Omar Farha说,“在这项工作中,我们将MOFs和含胺交联水凝胶整合到布料中,以建立适当的微环境,进而促进神经毒剂的快速降解,并提供实时保护。”

虽然科学家之前已经证明了MOFs在实验室中快速分解有机磷制剂和类似模拟物质的能力,但事实证明,这些粉末吸附剂很难直接集成到防护布中。当神经毒素与锆6簇结合时,通常会使粉末和纤维复合催化剂失活。这一缺陷要求使用碱性溶液再生MOFs的催化位点——这不会阻止MOFs被用于消除储存的化学武器,但会阻碍它们在穿戴防护装备中的使用。

为了克服这一挑战,Farha及同事设计了一种基于MOF的织物复合系统,该系统使用胺基水凝胶中的水分解神经毒剂。这种材料的工作原理是将3个关键组分结合在一起,进行水解反应,从而去除有毒的有机磷剂。MOF的锆节点提供了一个路易斯酸性位点,它能激活磷中心(神经毒剂的活性部分),而水凝胶孔则捕获必要的水,最后水凝胶主链上的碱性胺基生成羟基,促进对有机磷底物的攻击,进而使水解产物在锆中心上发生置换(即催化周转)。

研究人员将这种水凝胶复合材料与棉纤维结合,并用模拟或实际神经毒剂进行了测试。他们使用核磁共振波谱分析了产品和衬底,发现复合材料在短短10分钟内化学转化了99%的试剂,即使在密封瓶中保存3个月,也能保持这种高水平的催化活性。

虽然将其集成到现有产品还需要进一步的工程和测试,但由于材料生产方法简单且易于扩展,Farha认为大规模生产基于该材料的面罩和防护服在未来是可能的。

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