【中国科学报】中科院大连化学物理研究所制备出高选择性“零维”分子筛膜

  来源:《中国科学报》

  发布时间:2021-07-30

  本报讯(记者卜叶)“筛子”能将大小各异的物质分离开,于是,科学家研发出各式各样的分子筛膜。但“筛孔”的大小并不好控制,筛孔或大或小,让不少分子成为“漏网之鱼”。近日, 中科院大连化学物理研究所研究员杨维慎、副研究员班宇杰团队提出以简单“零维”分子——2—甲基咪唑为基元构筑高选择性分子筛膜。

  这种“零维”概念的分子筛膜,实现了氢气/二氧化碳分子的有效分离。该“零维”分子筛膜为获取高纯氢气及捕获二氧化碳提供了潜在路径。这项研究成果发表于《德国应用化学》。

  班宇杰介绍,传统三维、二维基元间往往是“弱连接”,“貌合”却“神离”,导致基元之间“渐生嫌隙”,这就是所谓的晶间缺陷。缺陷多了,一些本该被截留的分子就会“趁虚而入”,膜的选择性大打折扣。

  2018年,团队成员计划以2—甲基咪唑为配体来合成金属—有机框架材料(MOF),却意外发现,这种没有任何分离性质的简单有机分子,可以在一种活性基层上组装成膜,并展现出优异的分离效果。

  这种分子筛膜是什么,又是如何形成的?历时两年,研究人员发现表面留有配位不饱和金属离子的MOF,对有机化合物2—甲基咪唑抛出“橄榄枝”,诱导其蒸气分子在表面定向“着陆”和有序组装,从而形成高度取向的超分子阵列膜(SAM)。SAM的埃米级分子间隔约0.3纳米,能够精确筛分具有微小尺寸差异的氢气/二氧化碳分子。

  研究人员表示,此次构筑基元是“零维”分子级别,凭借超分子相互作用有序聚集,可全面消除经典分子筛膜晶间缺陷。而且,经典分子筛膜借助材料本征纳米孔筛分不同物质,SAM则利用有效分子间隔实现分离。

  《德国应用化学》编辑称,“同行评议一致认为该研究结果很重要甚至非常重要”“仅有不到10%的论文可获得如此积极的评价”。

  以下是该媒体报道地址:http://news.sciencenet.cn//sbhtmlnews/2021/7/364308.shtm?id=364308

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