精準(zhǔn)的分子篩分是實(shí)現(xiàn)高效率氣體分離過程的關(guān)鍵。金屬有機(jī)框架(MOF)因其易于合成、化學(xué)性質(zhì)可調(diào)、具有與氣體分子尺度匹配的納米通道等優(yōu)點(diǎn)，在氣體分子篩分中受到廣泛關(guān)注。然而，配體旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的柔性孔道往往使MOF材料在氣體分子分離應(yīng)用中選擇性降低。例如，ZIF-8中的配體2-甲基咪唑(2-MIM)可以沿N?N軸旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生較大的開孔范圍，允許氫氣小分子到較大的三甲苯分子擴(kuò)散。

近日，華東理工大學(xué)徐至教授團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種全新的靜電錨定策略，利用分子間靜電作用錨定ZIF-8中配體的旋轉(zhuǎn)，構(gòu)建了剛性的傳質(zhì)通道，實(shí)現(xiàn)了CO₂/N₂的精準(zhǔn)篩分。

DFT計(jì)算表明強(qiáng)靜電負(fù)性分子會(huì)優(yōu)先進(jìn)入ZIF-8中的六元窗口與配體結(jié)合，錨定其旋轉(zhuǎn)至68°。N₂吸附等溫線表明分子靜電錨定顯著消除了ZIF-8中配體自由旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的“呼吸效應(yīng)”。XRD表明錨定后ZIF-8在11.1°產(chǎn)生新的衍射峰，對(duì)應(yīng)配體旋轉(zhuǎn)一致的取向錨定。由于錨定的強(qiáng)靜電相互作用，配體錨定結(jié)構(gòu)在壓力下沒有表現(xiàn)出再旋轉(zhuǎn)傾向。孔徑分布表明靜電錨定構(gòu)建了孔徑為3.4 ?的規(guī)整孔道。

在該工作中，徐至教授團(tuán)隊(duì)首次通過靜電錨定策略改善了ZIF-8配體旋轉(zhuǎn)柔性帶來的分離選擇性降低，實(shí)現(xiàn)了CO₂/N₂分離應(yīng)用性能的顯著提高。該策略為克服框架柔性，實(shí)現(xiàn)分子的精準(zhǔn)分離提供了新的思路。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202213333