精準的分子篩分是實現(xiàn)高效率氣體分離過程的關鍵。金屬有機框架(MOF)因其易于合成、化學性質(zhì)可調(diào)、具有與氣體分子尺度匹配的納米通道等優(yōu)點，在氣體分子篩分中受到廣泛關注。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散。

近日，華東理工大學徐至教授團隊發(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，實現(xiàn)了CO₂/N₂的精準篩分。

DFT計算表明強靜電負性分子會優(yōu)先進入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”。XRD表明錨定后ZIF-8在11.1°產(chǎn)生新的衍射峰，對應配體旋轉(zhuǎn)一致的取向錨定。由于錨定的強靜電相互作用，配體錨定結(jié)構(gòu)在壓力下沒有表現(xiàn)出再旋轉(zhuǎn)傾向?？讖椒植急砻黛o電錨定構(gòu)建了孔徑為3.4 ?的規(guī)整孔道。

在該工作中，徐至教授團隊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，實現(xiàn)了CO₂/N₂分離應用性能的顯著提高。該策略為克服框架柔性，實現(xiàn)分子的精準分離提供了新的思路。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202213333