上图对TUB41（一种混合连接体MOF）进行了分子动力学模拟，揭示了TUB41内H2O和CO2的不同吸附机制。10.1002/anie.202513788
2. 氢键吸附（增强型物理吸附）
作用力本质：吸附剂表面的含氢极性基团，如 – OH、-NH₂，与吸附质的电负性原子如NO₂的O、H₂O的O形成强于范德华力的氢键；
核心特征：选择性略高于范德华力，可逆，脱附温度 100-200℃；
典型案例：MFM-300 (Al) 吸附 NO₂：MOF 孔道内的 HO-Al 基团（Hδ+）与 NO₂的 Oδ- 形成氢键，1 bar 下容量达 14.1 mmol/g，5 次循环无衰减。
10.1002/adma.202401623
3. 反馈π键吸附（特殊物理吸附，近化学吸附强度）
作用力本质：吸附剂的过渡金属 d 轨道与吸附质的π空轨道发生电子转移，形成中等强度的 π 键；
核心特征：选择性强，可逆性中等，脱附温度 200-300℃，吸附质分子结构略变；
典型案例：Co²⁺交换 CHA 沸石吸附 NO₂：Co²⁺的 3d 电子向 NO₂的 π* 轨道转移，DRIFTS 显示 N-O 键振动峰红移，Si/Al=2 时容量达 4.65 mmol/g。
10.1002/adma.202401623
化学吸附：强作用力主导，有化学键形成 / 电子转移
化学吸附依赖原子间的电子共享或转移，形成化学键（离子键、共价键），不可逆性强、选择性高，核心子类包括 4 种：氧化还原吸附、酸碱吸附、配位吸附、共价吸附。
1.氧化还原吸附
作用力本质：吸附剂的可变价活性位点，如 Mn³⁺/Mn²⁺、Fe³⁺/Fe²⁺与吸附质发生电子转移，形成稳定化学键；
核心特征：吸附质发生化学转化，如 NO₂→NO₃⁻、Cr (VI)→Cr (III)，不可逆；
典型案例：活性炭还原 NO₂：AC 的活性碳位点（-C*）被氧化为 C (O)，NO₂被还原为 NO，反应式：-C* + NO₂ → C (O) + NO。
10.1002/adma.202401623
2. 酸碱吸附（Lewis/Brønsted 酸碱作用）
作用力本质：吸附剂的酸性/碱性位点与吸附质的碱性/酸性基团发生质子转移或电子对共享，即Lewis 酸（如金属离子）接受电子对，Lewis 碱（如 – OH、-NH₂）提供电子对；
核心特征：选择性极强，中等不可逆，150-300℃再生；
典型案例：LDHs 吸附 NO₂：LDHs 的 M-OH 碱性位（提供 OH⁻）与 NO₂（酸性分子）发生酸碱反应，生成 M-NO₂和 M-NO₃。
10.1002/adma.202401623
3. 配位吸附（Lewis 配位作用）
作用力本质：吸附剂的开放金属位点如 MOF 中的 Cu²⁺、沸石中的 Na⁺作为 Lewis 酸，接受吸附质的孤对电子形成配位键；
核心特征：吸附质无明显化学转化仅配位结合，可逆性中等，需 200-350℃再生，选择性高；
典型案例：Cu/UiO-66 吸附 NO₂：原子分散的 Cu⁺位点与 NO₂配位，容量从 2.02 mmol/g 提升至 3.96 mmol/g。
10.1021/jacs.1c03036
4. 共价吸附（强共价键结合）
作用力本质：吸附质与吸附剂表面发生共价键形成反应，如羟基与硅烷偶联剂的缩合、碳碳键形成等，作用力最强；
核心特征：完全不可逆，极少用于可再生吸附，多用于永久性固定；
典型案例：金属有机框架（MOF）的配体交联：部分 MOF 通过配体共价交联固定 NO₂，但因不可逆性，论文中未作为主要吸附机理。
MONC介导的MOF表面改性聚合物的示意图。10.1002/ange.202104487
离子交换吸附：中等作用力，基于电荷平衡
离子交换吸附是特殊的化学吸附，仅发生在带电吸附剂与电解质溶液 / 离子型气体之间。
离子交换吸附
作用力本质：吸附剂表面的可交换离子，如沸石的 Na⁺、离子交换树脂的 H⁺/Cl⁻，与吸附质的异性离子发生等量交换，基于静电引力和电荷平衡；
核心特征：交换比固定（如 1 个 Ca²⁺交换 2 个 Na⁺），可逆，选择性由离子电荷 / 半径决定，电荷越高、半径越小，交换能力越强；
典型案例：MFM-305-CH₃吸附 NO₂：MOF 孔道内的 Cl⁻（平衡骨架正电荷）与 NO₂反应生成 NOCl 和 NO₃⁻，再生时用 NaCl 溶液置换 NO₃⁻，其本质正是离子交换辅助化学吸附。
10.1002/adma.202401623
三、吸附机理的关键公式
吸附原理的量化与应用，需通过公式描述吸附平衡、反应过程，以下为核心公式及解析。
物理吸附
物理吸附无化学键形成，核心是 “吸附质 – 吸附剂” 的弱作用平衡，常用吸附等温式描述。
（1）Langmuir 吸附等温式（单分子层吸附）
适用于吸附剂表面活性位点均匀、无吸附质分子间相互作用的场景，如微孔材料对气体的单层吸附：
θ：吸附位点覆盖度（0≤θ≤1）；
q：实际吸附量（单位：mg/g、mmol/g）；
qm：饱和吸附量（单层覆盖时的最大吸附量，反映吸附位点总数）；
K：吸附平衡常数（与作用力强度正相关，K越大，吸附能力越强）；
p：气体吸附质分压（单位：bar、kPa）；
c：液体吸附质浓度（单位：mg/L、mmol/L）。
典型案例：分子筛吸附空气中的水分，符合 Langmuir 等温式 —— 低湿度时吸附量随湿度线性增加，高湿度时逐渐达到饱和。
在298 K和低于拐点压力下测试的疏水性高压分子筛MAF-42-sp的单组分C2H4和C2H6吸附等温线，结果显示为Langmuir/线性等温线。10.1002/anie.202317648
（2）Freundlich 吸附等温式（多分子层吸附）
适用于吸附剂表面不均匀、吸附质分子间有相互作用的场景（如活性炭吸附水中有机物）：
Kf：吸附容量常数（Kf越大，吸附容量越高）；
1/n：吸附强度常数（0
化学吸附
化学吸附伴随化学键形成，核心是吸附质与活性位点的化学反应，常用反应式表达具体路径。
（1）酸碱吸附反应（吸附剂为碱性位点）
适用于酸性吸附质如NO₂、SO₂，与碱性吸附剂的作用：
R-NH2：吸附剂表面的氨基（碱性位点）；
产物R-NH-NO2：氨基与 NO₂形成的弱化学键，需加热才能脱附。
（2）氧化还原吸附反应（吸附剂含可变价金属）
适用于氧化性吸附质如NO₂、O₃与还原性金属位点如 Mn²⁺/Mn³⁺、Fe²⁺/Fe³⁺的作用：
Mn3+：吸附剂表面的高价金属离子；
反应后Mn3+被还原为Mn2+，NO₂被氧化为NO3–
10.1002/adma.202401623
（3）配位吸附反应（吸附剂含开放金属位点）
适用于吸附质如NO₂、CO与金属离子如 Cu²⁺、Ni²⁺的配位作用：
M2+：吸附剂的开放金属位点,如 MOFs 中的 Cu2+；
M2+···O2N：配位键结合的稳定结构，结合能中等，可通过 pH 调节脱附。
10.1002/adma.202401623
总结：吸附过程的机理涉及多种作用的协同效应，具体的吸附机理取决于吸附剂和吸附质的性质、温度、压力等条件。对吸附机理的研究对于理解吸附过程、优化吸附剂设计以及应用吸附技术具有重要意义。返回搜狐，查看更多