空气污染给人类健康带来的严重危害已引起社会各界的广泛关注。氮氧化物、硫氧化物以及可吸入颗粒物作为空气污染的主要成分主要来自于汽车尾气和重工业生产。工业废气中的有害成分通常包括10-12%的二氧化碳、500-3000 ppm的二氧化硫以及40 ppm的二氧化氮。虽然目前的工业脱硫工艺可以减少超过95%的二氧化硫排放，但在一些重工业生产中，即使采取了各种脱硫措施，废气中的二氧化硫浓度依然可以高达400 ppm。许多科学家致力于发现和研究高效稳定的二氧化硫捕捉材料。近年来发现的机金属框架化合物（Metal-Organic Framework, MOF）有着非常高的比表面和孔容量，在气体吸附存储方面体现出很多卓越的性能，然而受其结构稳定性的限制，MOF材料很少被应用于吸附二氧化硫。
在2012-2013年，英国诺丁汉大学杨四海博士和马丁•施罗德教授的研究组开始了有关二氧化硫在MOF材料中吸附的研究。他们设计并合成了一个非常稳定的MOF材料（名为NOTT-300），并且研究了NOTT-300对二氧化硫吸附的性质，研究结果发表于Nature Chemistry（Nature Chem., 2012, 4, 887）。2015年，这个研究组迁到曼彻斯特大学并继续从事有关孔道材料在气体吸附分离催化方面的研究。
最近，该研究组与美国橡树岭国家实验室、英国Diamond同步辐射中心、英国ISIS中子源、法国欧洲同步辐射中心以及北京大学的孙俊良教授课题组合作，设计并合成了一个超级稳定的MOF材料（取名为MFM-300(In)）。该 MOF材料拥有类分子筛的四方孔道结构，孔径大约为7.5埃，比表面积达到1071 m2/g，孔容大约0.42 cc/g。
研究表明在298 K和常压条件下，二氧化硫在MFM-300(In)中的吸附量高达8.28 mmol/g，在现有MOF材料中名列前茅。更为有趣的是在室温、常压、1:1的混合气体吸附模拟中，MFM-300(In)还展示了前所未有的二氧化硫IAST吸附选择性，例如SO2/CO2(60)、SO2/CH4(425)、SO2/N2(5000)（图1）。MFM-300 (In)的另一个突出优点是在其吸附二氧化硫之后，依然可以被完全脱吸附活化。也就是说在吸附和解吸附的过程中，该材料的孔道结构没有任何变化。实验表明MFM-300(In)在气态二氧化硫、液态硫酸和亚硫酸中均显示出非常优异的结构稳定性，这样的稳定性在MOF材料中是很罕见的。
图1. MFM-300(In)的二氧化硫吸附选择性
研究人员进一步通过同步辐射X光衍射、显微红外、非弹性中子散射等实验从分子角度全面揭示了二氧化硫在 MFM-300(In)中的吸附机制。他们发现，被吸附的二氧化硫分子与MFM-300(In)孔壁上一系列官能团形成定向超分子作用力，其中包括与羟基形成的类氢键作用以及二氧化硫分子间的二极具作用（图2）。研究人员通过原位中子散射以及显微红外谱学手段直接观测到了这些极其微弱的超分子作用力。相比之下，二氧化碳和氮气分子与材料孔壁的作用力就要微弱的多了。 这合理地解释了该材料对于二氧化硫的超高选择性。
图2. MFM-300(In)的二氧化碳和二氧化硫的吸附位点对比。
这一研究通过各种实验手段细致地探索了MFM-300(In)中二氧化硫的吸附解离机制，这对于设计合成具有二氧化硫选择吸附性的新材料具有重要的意义。
论文的第一作者是曼彻斯特大学博士后Mathew Savage博士。相关论文发表于Advanced Materials。
该论文作者为：Mathew Savage, Yongqiang Cheng, Timothy L. Easun, Jennifer E. Eyley, Stephen P. Argent, Mark R. Warren, William Lewis, Claire Murray, Chiu C. Tang, Mark D. Frogley, Gianfelice Cinque, Junliang Sun, Svemir Rudić, Richard T. Murden, Michael J. Benham, Andrew N. Fitch, Alexander J. Blake, Anibal J. Ramirez-Cuesta, Sihai Yang, Martin Schröder
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http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201602338/abstract
Selective Adsorption of Sulphur Dioxide in a Robust Metal-Organic Framework Materia
Adv. Mater., 2016, 28, 8705-8711, DOI: 10.1002/adma.201602338
研究团队简介
杨四海博士，曼彻斯特大学化学系讲师。2007年于北京大学取得学士学位，2011年初于英国诺丁汉大学取得博士学位，并在同年以特聘研究员/助理教授身份在诺丁汉大学开展独立科学研究工作。2015年迁至曼彻斯特大学，任无机化学讲师，在相关领域发表SCI论文近70篇，包括以通讯作者在Nat. Chem., Nat. Mater., Nat. Commun.和JACS杂志上发表超过10篇论文。
https://www.research.manchester.ac.uk/portal/sihai.yang.html
Martin Schröder（马丁•施罗德）教授，曼彻斯特大学副校长兼自然科学及工程院院长，化学系教授。1978年于帝国理工学院取得化学博士学位，1982年受聘于爱丁堡大学，后迁至诺丁汉大学（1995年），曼彻斯特大学（2015年）。国际著名配位化学家，发表SCI论文近500篇，H因子超过70，多项国际知名化学奖得主。迄今为止，培养了超过120名博士研究生，和70余名博士后研究员。
http://www.chemistry.manchester.ac.uk/people/staff/profile/?ea=m.schroder&pg=4