Construction of imidazole@defective hierarchical porous UiO-66 and fibrous composites for rapid and nonbuffered catalytic hydrolysis of organophosphorus nerve agents

催化作用 神经毒剂 水解 化学 复合材料 材料科学 咪唑 化学工程 多孔性 高分子化学 有机化学 工程类 乙酰胆碱酯酶
作者
Jun Dai,Dazhao Wang,Juan Yang,Ran Tian,Qi Wang,Yao Li
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:652 (Pt B): 1156-1169 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.08.163
摘要

Hydrolytic destruction of toxic organophosphorus nerve agents by metal-organic framework (MOF) catalysts is commonly reliant on bulk water and volatile liquid base, preventing real-world implementation. Poor accessibility to MOF-based active sites in heterogeneous catalysis is also a crucial factor since reactants diffusion is limited by inherently small micropores. To overcome these practical limitations, a ligand-selective pyrolysis strategy was used to construct unsaturated Zr defects and additional mesopores in UiO-66(Zr). Owing to synergistic effect of Zr defects and hierarchical pores, hydrolysis rate constant (k) of nerve agent simulant DMNP (dimethyl 4-nitrophenyl phosphate) on optimal DHP-UiO-30% (defective hierarchical porous UiO-66) is 3.2 times higher than counterpart UiO-30% in N-ethylmorpholine buffer. Encapsulating imidazole (Im) into DHP-UiO-30% affords Im@DHP-UiO, mimicking phosphotriesterase. Im-72@DHP-UiO exhibits rapid DMNP detoxification with 99% conversion in 12 min and initial half-life (t1/2) of 1.8 min in nonbuffered water. As the first example of ‘three-in-one’ detoxifier, Im@DHP-UiO is further integrated onto nonwoven fabric to construct Im@DHP/Fiber, achieving solid-phase detoxification at ambient humidity with t1/2 of 19.6 min and final conversion of 91%. This is comparable to many powdered catalysts in aqueous solution buffered by volatile bases. This unified strategy is critical and viable to efficiently hydrolyze nerve agents in practical settings.
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