科研進(jìn)展基于多孔材料的吸附分離方法因其操作條件溫和且具有節(jié)能特性,已被廣泛應(yīng)用于多種分離場(chǎng)景。近日,中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所吳明燕課題組通過自下而上的自組裝策略合成了一種具有準(zhǔn)約翰遜多面體J28結(jié)構(gòu)的柱-籠型氟雜化多孔框架材料TIFSIX-Cu-J。該材料可在熱誘導(dǎo)下發(fā)生原位單晶到單晶(SC-SC)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,形成一種新的扭曲的J28結(jié)構(gòu)TIFSIX-Cu-J1。這種自組裝策略還可以通過改變陰離子合成一系列同構(gòu)晶體(SIFSIX-Cu-J和ZrFSIX-Cu-J),它們也表現(xiàn)出熱誘導(dǎo)的原位SC-SC結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。值得注意的是,結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變后的框架材料在從C3H6中選擇性吸附痕量C3H4表現(xiàn)出顯著的性能增強(qiáng)。原位突破分離實(shí)驗(yàn)表明,在298 K和1 bar條件下,TIFSIX-Cu-J1的填充柱可直接分離獲得約368.5 L?kg-1高純度C3H6(≥99.95%),產(chǎn)率是TIFSIX-Cu-J(17.9 L?kg-1)的20倍左右。此項(xiàng)研究為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和合成具有優(yōu)異分離性能的柱-籠型氟雜化多孔框架材料提供了新的思路。

圖1. TIFSIX-Cu-J受熱發(fā)生原位SC-SC結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變形成TIFSIX-Cu-J1。
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圖2. TIFSIX-Cu-J原位轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>TIFSIX-Cu-J1過程的粉末、吸附及分離性能變化。
這項(xiàng)工作成功定向構(gòu)筑了一例具有罕見準(zhǔn)約翰遜多面體J28特征的新型柱-籠型氟雜化多孔材料TIFSIX-Cu-J,并首次通過一系列原位實(shí)驗(yàn)觀察到柱-籠型氟雜化材料的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過程及其性能變化。同時(shí),基于同構(gòu)晶體SIFSIX-Cu-J和ZrFSIX-Cu-J的可控合成及其原位SC-SC轉(zhuǎn)變行為的復(fù)現(xiàn),證實(shí)了該自組裝策略與可控結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的普適性。這些發(fā)現(xiàn)為柱-籠型氟雜化框架材料的設(shè)計(jì)合成及其氣體分離應(yīng)用提供了新思路。
相關(guān)研究成果以“Pillar-Cage Fluorinated Hybrid Porous Frameworks Featuring Quasi-Johnson Solid J28”為題發(fā)表于Chem期刊上。中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所吳明燕研究員為本文通訊作者,陳城項(xiàng)目研究員和鄒水香博士為本文共同第一作者。研究工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院B類先導(dǎo)專項(xiàng)、結(jié)構(gòu)化學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主部署項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院海西研究院“前瞻跨越”計(jì)劃“杰出青年”項(xiàng)目、中國(guó)福建光電信息科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室(閩都創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室)主任基金等項(xiàng)目的支持。