经典|大连化物所制备出高选择性“零维”分子筛膜_大连化物所|二氧化碳|分子筛

本报讯（大连新闻传媒集团采访人员谢小芳）用一把“筛子”将大小各异的物质分离开，通过这个思路，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，一张膜上的筛孔或大或小，让不少分子成为“漏网之鱼” ，分子筛膜的选择性大大降低。
【经典|大连化物所制备出高选择性“零维”分子筛膜】近日，中国科学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实现路径。这项研究成果发表在《德国应用化学》上。
研发新型膜材料，提高分子筛膜的分离性能是团队的长期攻关目标。 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。这令团队惊奇。氢气的分子直径0.289纳米，二氧化碳0.33纳米， “这意味着，实验过程中产生了一种孔道直径介于两者之间，具有强筛分效果的新型分离膜。 ”班宇杰说。
这种分子筛膜是什么，又是如何形成的？“复盘”如火如荼。历时两年，研究人员解开谜团，发现一般喜好吸附有机分子，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。
据介绍，相比经典分子筛膜， SAM的提出有两点重要突破，其一，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；其二，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。与目前性能最优的分子筛膜相比，氢气/二氧化碳分子分离选择性提高了一个数量级。
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