Near-instantaneous catalytic hydrolysis of organophosphorus nerve agents with zirconium-based MOF/hydrogel composites

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作者
Kaikai Ma,Megan C. Wasson,Xingjie Wang,Xuan Zhang,Karam B. Idrees,Zhijie Chen,Yufang Wu,Seung-Joon Lee,Ran Cao,Yongwei Chen,Lifeng Yang,Florencia A. Son,Timur İslamoğlu,Gregory W. Peterson,John J. Mahle,Omar K. Farha
出处
期刊:Chem catalysis [Elsevier]
卷期号:1 (3): 721-733 被引量:87
标识
DOI:10.1016/j.checat.2021.06.008
摘要

Zirconium-based metal-organic frameworks (Zr-MOFs) with Lewis-acidic sites are potent catalysts for degrading organophosphorus nerve agents. However, a volatile basic solution must regenerate the Zr-MOF catalysts, challenging its real-world implementation. By crosslinking polyethylene imine with an epoxide in the presence of selected Zr-MOFs, we prepared Zr-MOF/hydrogel composite catalysts for the rapid degradation of organophosphorus chemicals under atmospheric conditions. We developed a series of Zr-MOF hydrogel powder composites varying in Zr-node connectivity, linker functionality, and topology. The MOF-808 hydrogel powder was the highest-performing MOF-based composite for the hydrolysis of organophosphorus nerve-agent simulants. We coated the MOF-808 hydrogel onto a textile, and the composite rapidly detoxified nerve-agent simulants and actual nerve agents. The resulting half-lives are the fastest reaction rates to date among MOF-based composite materials, representing a critical step toward the production of protective gear for the instantaneous detoxification of nerve agents in practical conditions.

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