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能够捕获并销毁化学战剂(Chemical warfare agents,CWAs)的自解毒材料,可以有效地进行个人防护和安全处理受污染的材料,制定新策略来提高自解毒材料的CWA降解效率与所采用的降解方法有较大的关联。金属-有机框架化合物(Metal-organic frameworks,MOFs)材料有超高的比表面积和丰富的吸附、催化位点,因此在同时捕获并快速降解化学战剂方面成为了最有前景的材料。将MOF与光热剂复合,光热剂通过将光照提供的光子能量转化为热能,为反应体系提供额外的能量,进一步促进化学战剂降解反应的进行。这是在化学战剂的降解领域中第一次提出用光热转换辅助反应的进行,对于制备化学战剂的防护材料具有重要的意义。主要研究结果如下:1、多巴胺-黑色素@金属-有机框架核壳纳米结构及其纤维膜用于光热增强降解化学战剂模拟物在这部分中,我们设计合成了具有明确定义的核-壳纳米结构(core-shell nanostructure,CSN),其由内部光热材料和外部微孔催化剂组成。Zr基MOF—UiO-66-NH2通过金属螯合诱导的异质成核原理原位生长在多巴胺-黑色素(Polydopamine,PDA)纳米颗粒上,形成PDA@UiO-66-NH2 CSN纳米核壳结构。在NIR激光和模拟太阳光的照射下,PDA@UiO-66-NH2 CSN对神经毒剂模拟物DMNP的转换频率(turnover frequency,TOF)分别增加了 2.9倍和1.7倍。通过静电纺丝,进一步将PDA@UiO-66-NH2 CSN负载在聚合物纤维上,得到了更高的光热增强效果(TOF分别增加了 5.8倍和3.2倍),相比相应的纯UiO-66-NH2粉末,实现了更快的DMNP降解速率,这在基于MOF的自消毒纤维膜降解DMNP工作的报道中是最短的半衰期(1.8 min)。PDA@UiO-66-NH2纤维膜解毒能力的显著提高归因于从光热剂核到催化壳的瞬时热传递以及周围聚合物基质的有效保温。PDA@UiO-66-NH2纤维膜可以很容易地大规模地制备,并且可以作为独立的气体过滤器,可以对DMNP气溶胶进行有效地防护。这种光热强化催化解毒的方法可以切实扩展到其他催化解毒系统,并为下一代防毒面具的制备提供了新思路。2、聚多巴胺介导的MOF纤维膜用于太阳能光热驱动化学战剂模拟物的快速解毒在这一部分中,我们采用PDA作为中间层,在纳米纤维/织物上原位生长MOF催化剂UiO-66-NH2,以实现MOF在纤维膜上的高负载量和覆盖率以及优异的附着力。在模拟太阳光照射下,PDA作为光热剂产生的热量,使得DMNP的降解速率显著提高了 8倍。使用MOF纤维膜(向4 μL DMNP中加入3 μmol催化剂)对DMNP进行降解,其半衰期降低至0.5min。DNP的超快速降解主要是由于从光热PDA层到外部催化MOF层的有效热传递,这极大地促进了分子间的有效碰撞和传质速率、反应物扩散速率和活性位点的持续可接近性,从而加快了反应速度。这项工作不仅对于MOF催化剂负载到纤维膜上降解CWA提供了新的见解,而且通过结合PDA的附着力、金属螯合作用和光热转换效应,PDA在自解毒纤维膜中具有巨大的潜在价值。