有机染料分子被广泛应用于工业生产，但其随意排放严重威胁生态环境和人类健康。酸性红26、直接红28（也称刚果红）、直接黑38等九种染料被欧洲纺织品生态标准判定为致癌物。因此，高效去除有机染料污染物的新型材料的开发具有重要的研究意义和应用价值。近年来，金属有机骨架材料（MOFs）因其高孔隙率及可功能化设计等特点，对有机污染物展示出优异的吸附性能，从而引起了人们的广泛关注。然而，在该领域中，去除带有不同电荷及众多功能基团的有机染料仍存在着挑战。

近日，吉林大学刘云凌课题组选用金属铟与富氮的有机配体，设计合成了具有阳离子骨架的MOFs材料In-TATAB，并对其阴离子致癌污染物选择性吸附性能进行了研究。

In-TATAB的三维骨架结构是由三核铟无机次级结构单元和三齿羧酸配体TATAB相互连接而成（图1）。由于三核铟金属簇带有正电荷，而配体为中性，因此In-TATAB具有阳离子骨架。在之前报道的工作中，六连接的三核金属簇和三角形有机配体倾向于形成如MIL-100的mtn拓扑，但在In-TATAB中，由于有机配体的扭曲，In-TATAB呈现出一种新型的(3, 6)-c拓扑结构。

图1：In-TATAB结构示意图

鉴于In-TATAB的阳离子骨架和独特的结构特点，研究了其对不同染料污染物的吸附能力，选用的染料分别为酸性铬蓝K(ACBK)、刚果红(CR)、直接黑38(DB-38)、酸性红26(AR-26)、金橙II(OII)、亚甲基蓝(MB)和荧光素(FL)（图2）。

图2：有机染料分子的化学结构式

研究结果表明，具有阳离子骨架的In-TATAB对阴离子染料ACBK、AR-26、CR、DB-38和OII都展现了高效的吸附性能，并且可在10分钟以内完成吸附过程，实现了快速且高效的吸附（图3）。

图3：染料吸附测试: (a) ACBK; (b) CR; (c) DB-38; (d) AR-26; (e) OII，及晶体照片(f)

对比实验结果（图4），In-TATAB对染料分子吸附的机理可总结为以下几方面：1）电荷作用：由于In-TATAB拥有阳离子骨架，在孔道中有大量用于平衡电荷的硝酸根离子，这些硝酸根离子可以被同样带有负电荷的有机染料分子交换，从而实现对阴离子染料分子的吸附。对于不同的染料分子，相比低负电荷分染料分子，带有更高负电荷的分子具有更高的最大吸附量和吸附速率。此外，在阴离子-阳离子和阴离子-中性染料选择性吸附测试中（图5），In-TATAB展现出针对阴离子染料分子的高效选择性吸附，这些现象都验证了吸附过程中电荷作用的存在。2）氢键作用：由于选用的有机配体TATAB拥有三嗪和二级胺基团，而三核铟金属簇具有端基配位的水分子，使得In-TATAB骨架中有丰富的潜在氢键作用位点，这些位点有利于与染料分子中的磺酸基、氨基和羟基形成氢键，进而增强骨架与被吸附分子的作用力，提高吸附性能。3）π-π作用：由于有机配体含有苯环和三嗪基团，其与染料分子中的苯环等共轭体系可以形成π-π作用力，提高吸附能力。

图4：染料污染物吸附测试结果: (a)和(b)为吸附速率; (c)和(d)为最大吸附量

图5：选择性吸附测试: (a)ACBK+FL; (b)ACBK+MB

这项工作通过精确设计无机金属次级结构单元和有机配体制备MOFs材料，通过引用电荷和氢键作用，有效地增强了骨架与被吸附染料分子之间的作用力，进而提高其吸附性能。该工作为设计合成具有阳离子骨架和丰富作用力的MOFs材料提供了新思路。