“零维”分子展现出优异的分离效果

“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。

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