足球帶來的靈感研究提出“熱驅動分子守門員”分離新概念

　　近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員楊維慎、副研究員班宇杰團隊與中山大學陳小明院士團隊合作，提出了“熱驅動分子守門員”分離新概念，表明了金屬-有機框架膜的氫氣/二氧化碳分離選擇性可由溫度動態、可逆調制，并且膜在513K下的選擇性較室溫提高了一個數量級。相關成果發表在《科學進展》上。

“熱驅動分子守門員”示意圖。大連化物所供圖

　　高溫分離對化學工業至關重要。納米孔分子篩膜是應用前景廣闊的重要分離膜類型，可以實現分子的識別與篩分。然而在高溫條件下，納米孔熱膨脹、非均勻分子擴散熱活化等因素會降低分子篩膜本征篩分精度，絕大多數分子篩膜的分離選擇性會大幅衰減。

　　本工作中，研究團隊從足球守門員身上獲得靈感，提出“熱驅動分子守門員”新概念。通過氣-固熱反應過程，誘導金屬-有機框架前驅體發生配體交換、轉晶、原配體分子離體與孔內均勻封裝。隨后，團隊與中山大學陳小明院士、周東東副教授團隊合作，開展了系統的結構精修和理論計算，并結合原位實驗研究，證實了該殘骸分子如同膜材料“孔口守門員”，被高溫“激活”，隨溫度發生顯著遷移，這動態重塑了膜材料篩分孔窗。研究還實現了二氧化碳精確截留，解決了二氧化碳高溫活化擴散導致的分離精度降低問題，氫氣/二氧化碳分離選擇性在近工況溫度下提高一個數量級。該工作超算部分由中山大學國家超算廣州中心盧宇彤教授團隊完成。

　　該分離新概念拓展了分子篩膜分離應用的溫度窗口，對分子篩膜設計具有重要意義。