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【中國科學報】大連化學物所制備出高選擇性“零維”分子篩膜

2021-07-30 中國科學報 卜葉
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  “篩子”能將大小各異的物質分離開,于是,科學家研發出各式各樣的分子篩膜。但“篩孔”的大小并不好控制,篩孔或大或小,讓不少分子成為“漏網之魚”。近日, 中科院大連化學物理研究所研究員楊維慎、副研究員班宇杰團隊提出以簡單“零維”分子——2—甲基咪唑為基元構筑高選擇性分子篩膜。

  這種“零維”概念的分子篩膜,實現了氫氣/二氧化碳分子的有效分離。該“零維”分子篩膜為獲取高純氫氣及捕獲二氧化碳提供了潛在路徑。這項研究成果發表于《德國應用化學》。

  班宇杰介紹,傳統三維、二維基元間往往是“弱連接”,“貌合”卻“神離”,導致基元之間“漸生嫌隙”,這就是所謂的晶間缺陷。缺陷多了,一些本該被截留的分子就會“趁虛而入”,膜的選擇性大打折扣。

  2018年,團隊成員計劃以2—甲基咪唑為配體來合成金屬—有機框架材料(MOF),卻意外發現,這種沒有任何分離性質的簡單有機分子,可以在一種活性基層上組裝成膜,并展現出優異的分離效果。

  這種分子篩膜是什么,又是如何形成的?歷時兩年,研究人員發現表面留有配位不飽和金屬離子的MOF,對有機化合物2—甲基咪唑拋出“橄欖枝”,誘導其蒸氣分子在表面定向“著陸”和有序組裝,從而形成高度取向的超分子陣列膜(SAM)。SAM的埃米級分子間隔約0.3納米,能夠精確篩分具有微小尺寸差異的氫氣/二氧化碳分子。

  研究人員表示,此次構筑基元是“零維”分子級別,憑借超分子相互作用有序聚集,可全面消除經典分子篩膜晶間缺陷。而且,經典分子篩膜借助材料本征納米孔篩分不同物質,SAM則利用有效分子間隔實現分離。

  《德國應用化學》編輯稱,“同行評議一致認為該研究結果很重要甚至非常重要”“僅有不到10%的論文可獲得如此積極的評價”。

  相關論文信息: https://doi.org/10.1002/anie.202108185

  (原載于《中國科學報》 2021-07-30 第4版 綜合)
打印 責任編輯:閻芳

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