全氟和多氟烷基物质（PFAS）是一类具有碳氟链和末端官能团的人工化合物，被广泛应用于防水织物等产品中。这类物质因长期环境持久性和生物累积倾向，导致全球性污染，对饮用水和农产品等产生威胁，且低浓度接触即可危害健康。
2024年12月11日，德克萨斯A&M大学周宏才（Hongcai (Joe) Zhou）教授在国际顶级期刊Nature Water发表题为《A robust pyrazolate metal–organic framework for integrated perfluorooctanoic acid concentration and degradation》的研究论文，梁荣冉为论文第一作者，周宏才教授为论文通讯作者。
周宏才，德克萨斯A&M大学教授，英国皇家化学会会士，美国科学促进会会士，美国化学会会士。16岁考入北京师范大学，毕业后不满20岁留校任教；2000年博士毕业于美国德克萨斯A&M大学，导师：F. Albert Cotton；随后在美国哈佛大学从事博士后研究；2002-2008年在美国迈阿密大学工作，先后任助理教授和副教授；2008年起在美国德克萨斯A&M大学任教授。
周宏才教授致力于研究金属有机框架（MOF）的制备和应用，多年来一直从事清洁能源相关且环境友好的新材料研究，为先进多孔材料研究领域世界知名科学家。
在此，作者提出了一种吡唑盐金属有机骨架（MOF）PCN-1003，其具有一维（1D）开放通道的层状结构。在水溶液中，PCN-1003在较宽的pH范围 (1–12）中表现出了卓越的稳定性，实现了高效的PFOA吸附 (642 mg g−1)。
机理研究表明，PFOA-乙酸盐交换过程占主导地位，这是这种机制的一个显著例子，可以实现PFOA的高效吸收。
值得注意的是，与之前报道的方法相比，PCN-1003在更低的温度（90 °C）下极大地促进了PFOA降解，具有大约三倍的催化加速效果，这归因于PFOA和PCN-1003内的封闭环境的协调作用。
这项研究开创了使用单一MOF集成PFOA浓缩和降解的先河，为处理受全氟烷基和多氟烷基物质污染的水提供了一种有前途的途径。
图1：PCN-1003的晶体结构和拓扑结构。a：PCN-1003的合成及其正方形晶格（sql）网的示意图。b：PCN-1003的堆积结构，展示了沿c轴的两种一维通道，倾斜的AAA堆叠和层状结构。C、N、O和Ni原子分别用灰色、蓝色、红色和绿色表示。为了清晰起见，省略了氢原子。
图2：PCN-1003的结构表征。a：PCN-1003的透射电子显微镜（TEM）图像。插图：电子衍射图样。b：图a中蓝色方框区域的高分辨率TEM图像。右上角插图：红色方框区域的图像和快速傅里叶变换（FFT）图样。c：在195 K下记录的PCN-1003的CO2吸附-脱附等温线。d：PCN-1003在暴露于pH值从1到12的水溶液前后的粉末X射线衍射（PXRD）图谱。
图3：PCN-1003中PFOA吸附的性能和机制。a：PCN-1003的PFOA平衡吸附容量作为平衡PFOA浓度（Ce）的函数，用Langmuir模型拟合。b：1000ppm初始浓度下PFOA的吸附动力学，用伪二阶模型拟合。a和b中的误差条对应三个实验的标准差。c：PFOA和PFOA@PCN-1003的19F魔角旋转（MAS）NMR谱图。带星号的峰代表边带。d：PFOA、PFOA@PCN-1003和PCN-1003的13C MAS NMR谱图。谱图以11 kHz的旋转速率记录。e：提出的PFOA吸附机制，通过与NiPz4(CH3COO)2节点的单配位乙酸盐交换。C、N、O和Ni原子分别用灰色、蓝色、红色和绿色表示。省略了氢原子以清晰显示。
图4：PFOA脱羧反应的研究。a：在不同温度下加热44小时后，PFOA和PFOA@PCN-1003在DMSO-水中的19F MAS NMR谱图。峰标签对应于谱图上方反应方案中的标记。b：在90°C下有和没有PCN-1003作为催化剂的PFOA脱羧反应动力学。c：不同催化剂对PFOA脱羧性能的影响。
综上，这篇论文介绍了一种名为PCN-1003的吡唑酸盐金属有机-框架（MOF），它具有1D开放通道的层状结构，能够在宽pH范围内稳定存在，高效吸附全氟辛酸（PFOA），并通过低温催化降解PFOA，为处理受全氟烷基和多氟烷基污染的水提供了一种新的单一体化方法。
该研究成功合成了PCN-1003，它不仅展现了卓越的PFOA吸附能力（642 mg/g），而且还能在较低温度下（90°C）实现PFOA的降解，比现有方法降低了约三倍的催化活化能。这一发现不仅为水处理领域提供了一种高效且节能的PFOA处理技术，而且开辟了利用MOF材料进行环境污染物治理的新途径，具有重要的环境和健康意义。
Liang, RR., Fu, Y., Han, Z. et al. A robust pyrazolate metal–organic framework for integrated perfluorooctanoic acid concentration and degradation. Nat. Water (2024).