超薄二维MOF纳米材料用于污水处理文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：

环境污染越来越受到全世界的关注，必须从水和空气中去除自然和人为的有毒污染物，特别是重金属物质，这些污染物会造成严重的健康影响。在为此目的试验的所有技术中，吸附具有相当大的作用。对于汞，已经开展了大量工作，并开发了改进的技术来降低水资源中的汞含量，主要包括絮凝，沉淀，吸收，溶剂萃取和离子交换^[1-5]。为了实现高吸收能力，快速动力学和出色的选择性，复合功能的使用已经发挥作用，以对抗重金属污染，现已经开发了许多吸附剂，如将配位基团共价接枝到多孔材料如硅胶和粘土的表面^[6,7]。尽管如此，发现只有一小部分表面结合配体与目标金属离子相互作用，因为它们的孔结构很小且不规则，限制了污染物进入接枝配体，从而减弱了金属结合能力。中孔分子筛是或者用于缓解这个问题，因为它们具有大的均匀孔结构，这可以防止接枝物质堵塞孔隙，从而促进金属离子和结合位点之间的相互作用。然而，表面上限量的硅烷醇基团不可避免地会减少螯合位点的密度，因此导致低饱和容量和亲和力。考虑到与现有吸附剂相关的这些弱点，因此有必要开发在修复技术中显示出更大潜力的新型材料。

和石墨烯同一类型的超薄二维（2-D）纳米片的研究近年来引起了极大的关注，这归因于，与它们的体积相比较，它们所具有的独特性质和由其原子厚度和二维形态得到的可开发的功能。与经过深入研究的二维纳米材料如石墨碳氮化物(g-C₃N₄)，过渡金属二硫族化合物(TMDs)，六方氮化硼(h-BN)，层状金属氧化物和氢氧化物(LDHs )，和黑磷(BPs)相比较，二维金属有机骨架（MOF）纳米片由于其结构和功能可调节，在平面具有高度有序的孔阵列而成为2D族的新竞争成员，又由于在其大表面上具有高度可接近的活性位点，因此其在表面活性相关领域的实际应用中显示出巨大潜力。金属有机骨架（MOFs）已经成为一种多孔材料，具有应对当前与能源和环境可持续性相关的挑战的巨大前景，包括气体吸附，光电子学，催化，质子传导等等。COF的可调性质也可有益于减轻由有毒重金属引起的环境问题。我们认为这些材料具有正确的性能组合，使其具有作为环境修复的优良吸附剂的潜力。特别是二维MOF，会使结合亲和力和吸收能力增强，它的优点还包括（1）高度可调的分子设计；（2）高密度的金属螯合位点；（3）大多数2D MOF的近乎重叠和有序的pi;-柱状结构，使得官能团能够完全接近并且彼此非常接近以促进更好的吸附效果。

1.筛选对有毒重金属离子有特异性吸附的纳米材料

以汞为例。众所周知，汞离子与硫有特异性配位相互作用。Huang N, Zhai L, Xu H等人^[8]发现了一种可以特异性吸附汞离子的COF（共价有机框架）材料，其中他们除去汞离子的依据便是Hg(II)-硫醚形成Hg-S配位键从水中除去Hg（II）。Sun Q ,Aguila B,Perman J等人^[9]所研究的COF-S-SH体系也是采用巯基中硫对金属汞的特异性结合。除此之外，As(III)也对S有特异性配位作用，Cr(VI)对Cl有特异性配位结合作用。因此我们所寻找的有特异性吸附的纳米材料应为稳定的有暴露在外的特异性结合位点的材料。

2.MOFs以及2D-MOFs纳米片材料的制备

MOFs通常采用的合成方法与常规无机合成方法并没有显著不同，蒸发溶剂法、扩散法（又可细分为气相扩散、液相扩散、凝胶扩散等）、水热或溶剂热法、超声和微波法等均可用于MOFs合成。

2D MOFs的制备方法多种多样，基本可分为自上而下的剥离法与自下而上的直接合成法。自上而下的剥离方法中常用的有电化学剥离法、超声剥离法、剪切剥离法等等；自下而上的直接合成法常用的有界面合成、三层合成、表面活性剂辅助合成等等。其中我们主要采用的方法是自上而下的超声剥离法——通过弱相互作用（例如范德华力和/或氢键）沿垂直方向堆叠每个层来构建层状大块2D MOF晶体，超声剥离法可以打破薄弱的层间相互作用，将分层的大块MOFs分解为单层或少层的MOF纳米片。通常，通过在合适的液体(即溶剂,以及表面活性剂或聚合物的水溶液)中超声处理散装层状粉末达到LBE可以得到浓度高达约1mg/mL的无缺陷纳米片分散体。Zamora及其同事^[10]报告了第一个大块二维MOFs的剥离实例。

3.纳米材料的性能表征^[8-12]