Developing a synthetic methodology for the fabrication of hierarchically porous metal-organic monoliths that feature high surface area, low density and tunable porosity is imperative for mass transfer applications, including bulky molecule capture, heterogeneous catalysis and drug delivery. Here we report a versatile and facile synthetic route towards ultralight micro/mesoporous metal-organic aerogels based on the two-step gelation of metal-organic framework nanoparticles. Heating represents a key factor in the control of gelation versus crystallization of Al(III)-multicarboxylate systems. The porosity of the resulting metal-organic aerogels can be readily tuned, leading to the formation of well-ordered intraparticle micropores and aerogel-specific interparticle mesopores, thereby integrating the merits of both crystalline metal-organic frameworks and light aerogels. The hierarchical micro/mesoporosity of the Al-metal-organic aerogels is thoroughly evaluated by N2 sorption. The good accessibility of the micro/mesopores is verified by vapour/dye uptake, and their potential for utilization as effective fibre-coating absorbents is tested in solid-phase microextraction analyses. Hierarchically porous metal-organic monoliths are potential materials for mass transfer applications. Here, the authors synthesize metal-organic aerogels via the gelation of metal-organic frameworks, and are able to tune their porosity exploiting the properties of both crystalline and aerogel materials.

Porous materials combining high hydrophobicity, large surface area, as well as large and uniform pore size are very useful but rare. The nanoporous zeolitic metal azolate framework, RHO-[Zn(eim)2] (MAF-6, Heim = 2-ethylimidazole), is an attractive candidate but thought to be unobtainable/unstable. In this work, the supramolecular isomerism of [Zn(eim)2] is thoroughly studied using a rapid solution mixing reaction of [Zn(NH3)4](OH)2 and Heim, which enables MAF-6 with high crystallinity, purity, and thermal/chemical stabilities to be synthesized in large quantity. Gas and vapor adsorption isotherms, gas chromatography, and water contact angle measurements, as well as transient breakthrough and molecular dynamics simulations show that MAF-6 exhibits large surface area (langmuir surface area 1695 m(2) g(-1)), pore volume (0.61 cm(3) g(-1)), pore size (d = 18.4 Å), and aperture size (d = 7.6 Å) with high hydrophobicity on both the internal pore and external crystal surfaces. It can barely adsorb water or be wetted by water (contact angle 143°) but readily adsorb large amounts of organic molecules including methanol, ethanol, mesitylene, adamantane, C6-C10 hydrocarbons, xylene isomers, and saturated/unsaturated analogues such as benzene/cyclohexene/cyclohexane or styrene/ethylbenzene. It can also separate these organic molecules from each other as well as from water by preferential adsorption/retention of those having higher hydrophobicity, lipophilicity, or oil/water partition coefficient. These properties are very different with other porous materials such as SOD-[Zn(mim)2] (Hmim = 2-methylimidazole, MAF-4/ZIF-8) with a hydrophobic pore surface but a hydrophilic crystal surface and small aperture size.

Abstract Herein, an amino‐acid‐boosted biomimetic strategy is reported that enabled the rapid encapsulation, or co‐encapsulation, of a broad range of proteins into microporous metal–organic frameworks (MOFs), with an ultrahigh loading efficiency. It relies on the accelerated formation of prenucleation clusters around proteins via a metallothionein‐like self‐assembly. The encapsulated proteins maintained their native conformations, and the structural confinement within porous MOFs endowed enzymes with excellent bioactivity, even in harsh conditions (e.g. in the presence of proteolytic or chemical agents or at high temperature). Furthermore, owing to the merits of nondestructive and protein surface charge‐independent encapsulation, the feasibility of this biomimetic strategy for biostorage, enzyme cascades, and biosensing was also verified. It is believed that this convenient and versatile encapsulation strategy has great promise in the important fields of biomedicine, catalysis, and biosensing.

Abstract Embedding an enzyme within a MOF as exoskeleton (enzyme@MOF) offers new opportunities to improve the inherent fragile nature of the enzyme, but also to impart novel biofunctionality to the MOF. Despite the remarkable stability achieved for MOF‐embedded enzymes, embedding patterns and conversion of the enzymatic biofunctionality after entrapment by a MOF have only received limited attention. Herein, we reveal how embedding patterns affect the bioactivity of an enzyme encapsulated in ZIF‐8. The enzyme@MOF can maintain high activity when the encapsulation process is driven by rapid enzyme‐triggered nucleation of ZIF‐8. When the encapsulation is driven by slow coprecipitation and the enzymes are not involved in the nucleation of ZIF‐8, enzyme@MOF tends to be inactive owing to unfolding and competing coordination caused by the ligand, 2‐methyl imidazole. These two embedding patterns can easily be controlled by chemical modification of the amino acids of the enzymes, modulating their biofunctionality.

Advanced oxidation processes (AOPs) are increasingly applied in water and wastewater treatment. Understanding the role of reactive species using probes and quenchers is one of the main requirements for good process design. However, much fundamental kinetic data for the reactions of probes and quenchers with reactive species is lacking, probably leading to inappropriate probe and quencher selection and dosing. In this work, second-order rate constants for over 150 reactions of probes and quenchers with reactive species such as •OH, SO4•-, and Cl• and chemical oxidants such as free chlorine and persulfate were determined. Some previously ill-quantified reactions (e.g., furfuryl alcohol and methyl phenyl sulfoxide reactions with certain chemical oxidants, nitrobenzene and 1,4-dioxane reactions with certain halogen radicals) were found to be kinetically favorable. The selection of specific probes can be guided by the improved kinetic database. The criteria for properly choosing dosages of probes and quenchers were proposed along with a procedure for quantifying reactive species free of interference from probe addition. The limitations of probe and quencher approaches were explicated, and possible solutions (e.g., the combination with other tools) were proposed. Overall, the kinetic database and protocols provided in this work benefit future research in understanding the radical chemistry in AOPs as well as other radical-involved processes.

Abstract Constructing inorganic–organic hybrids with superior properties in terms of water adsorption and activation will lead to catalysts with significantly enhanced electrocatalytic activity in the hydrogen evolution reaction (HER) in environmentally benign neutral media. Herein, we report SiO 2 –polypyrrole (PPy) hybrid nanotubes supported on carbon fibers (CFs) (SiO 2 /PPy NTs–CFs) as inexpensive and high‐performance electrocatalysts for the HER in neutral media. Because of the strong electronic interactions between SiO 2 and PPy, the SiO 2 uniquely serves as the centers for water adsorption and activation, and accordingly promotes the HER. The metal‐free SiO 2 /PPy NTs–CFs displayed high catalytic activity in the HER in neutral media, such as a low onset potential and small Tafel slope, as well as excellent long‐term durability.

Diversifying the connecting junctions will be feasible for the controllable collaboration of metal organic frameworks (MOFs) and covalent organic frameworks (COFs) to rationally design multifunction‐integrated heterostructures with enhanced performance, yet it is in the nascent stage. Herein, by intelligently exploiting the polymerization of vinyl group, C‐C bond is innovatively introduced to construct the core‐shell MOF@COF heterostructures with adjustable shell thickness and rare interpenetrated structure. The unique structure endows prepared C‐C‐linked MIL‐68@COF‐Vs with more superior visible‐light harvesting and photogenerated carrier separation capability, leading to significantly higher photocatalytic activity and faster degradation rate than pristine MIL‐68‐C=Cs, COF‐V, and imine‐linked MIL‐68‐NH2@COF‐V. Further, the customized MIL‐68@COF‐V is in‐situ grown as reusable films with significantly boosted performance under ambient condition, which realize the highly efficient degradation of tetracycline within 15 min (96.5%), rhodamine 6G within 25 min (97.6%), and phenol within 40 min (95.3%) by solar drive. This work exhibits the distinctive advantages of C‐C junction in the MOF@COF construction, and highlights the application prospect of rational‐designed heterostructure in the treatment of persistent organic pollutants.