Integrating Sulfate with Crown Ether To Construct Supramolecular Radium Traps in an Anionic Zirconium Metal–Organic Framework

化学 超分子化学 水溶液 冠醚 硫酸盐 乙醚 动力学 存水弯(水管) 分配系数 无机化学 分子 组合化学 密度泛函理论 高分子化学 配体(生物化学) 分子识别 摩尔比 核化学
作者
Wei Wang,Jiahao Lou,Qiang Wu,Biao Hu,Ji Wang,Xiangbiao Yin,Chengliang Xiao
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.6c02736
摘要

Sequestration of radiotoxic 226Ra2+ is challenged by its complex coordination chemistry, which requires a precise molecular recognition strategy. Here, we report a supramolecular trap engineered within a stable zirconium metal-organic framework (ZJU-X102-SO4) by integrating a size-selective 24-crown-8 ether with a proximal sulfate anchor. The formation of this preorganized trap and its cooperative binding mechanism were elucidated by single-crystal X-ray diffraction, solid-state NMR, XAFS, and DFT calculations. This dual-recognition design was first validated with the Ba2+ surrogate, affording rapid kinetics (equilibrium in 30 s) and a high capacity (455 mg g-1). For the target 226Ra2+, ZJU-X102-SO4 could remove 70% of 226Ra2+ within 10 min (C0 = 10 Bq mL-1) and demonstrate a capacity of 3.3 × 104 Bq g-1. In high-salinity media, a salting-out effect was observed and ZJU-X102-SO4 showed a high distribution coefficient of 5.3 × 104 mL g-1. The sequestration of 226Ra2+ was also effective in 3 M HNO3. This work presents a molecular engineering strategy for designing sorbents for the targeted sequestration of specific cations from aqueous media.
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