近日，我校太阳集团tyc539徐至教授等提出了一种通过分子静电锚定配体旋转来强化CO2/N2筛分的策略。研究人员利用静电分子，锚定ZIF-8中配体的旋转，构建了刚性均一的气体分子传输通道，实现了CO2和N2分子的精准筛分。相关成果以“金属有机框架中静电锚定柔性配体的旋转使CO2/N2高效分离”为题发表在《德国应用化学》上。
近年来，金属有机骨架(MOF)材料因其孔径均匀、尺寸可调等优点而成为气体分离领域的研究热点。然而，MOF材料的框架柔性，如配体的不可控旋转，导致的较大孔道范围使其在小分子气体分离中选择性较低，难以实现高效的精准筛分。因此，设计抑制MOF框架柔性，构建刚性孔道的新方法是制备下一代高性能膜的迫切需求。
图片说明：配体旋转锚定ZIF-8的形貌、结构表征
该工作通过三氟乙酸盐与ZIF-8中配体的静电作用实现配体旋转的锚定。N2吸附等温线测试结果表明ZIF-8气体吸附过程中的配体旋转产生的“呼吸效应”被显著抑制。配体锚定导致的均匀配体定向产生了新的11.1°的XRD衍射峰。进一步的DFT理论计算表明三氟乙酸根优先在ZIF-8中的六元窗口与配体作用，并在窗口中心位置达到热力学稳定状态。ZIF-8配体的锚定构建了3.4 Å的孔道尺寸。
图片说明：配体旋转锚定前后ZIF-8的CO2/N2吸附和膜分离性能对比
配体旋转的锚定使ZIF-8的CO2/N2吸附选择性从14.02提高至332.86。在吸附测试压力范围内没有观察到明显的N2吸附，进一步用耗散型石英晶体微天平吸附测试验证了锚定后ZIF-8窗口对N2的阻隔作用。相应的膜分离应用表明，相比于ZIF-8复合膜，配体旋转锚定ZIF-8复合膜的选择性提高了2倍。此外，三氟乙酸根增强了锚定后MOF与聚合物基质间的相互作用，提高了MOF孔道的利用率，实现了通量和选择性的同步提高。
图片说明：配体旋转锚定ZIF-8复合膜的气体分离性能
配体旋转锚定ZIF-8复合膜的性能超过了目前已报道的大多数分离膜。进一步对比了以聚合物基质为基准的分离性能增强比例，配体旋转锚定ZIF-8的引入将聚合物膜的通量提高了1倍，选择性提高了近3倍。该工作为在柔性MOF中锚定配体旋转，实现精准分子筛分提供了新的思路。
该研究工作第一作者为我校太阳集团tyc5392018级博士研究生渠凯和南京工业大学特聘教授黄康。通讯作者为太阳集团tyc539徐至教授。该研究工作得到了我校郭旭虹教授和练成特聘研究员的大力支持，并得到了国家重点研发计划和自然科学基金的资助。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202213333