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福建物構所在多孔有機籠的氣體分離研究中獲進展

2021-06-30 福建物質結構研究所
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  多孔有機籠(Porous organic cages, POCs),作為一類新型多孔材料,在氣體存儲與分離、傳感、催化及智能材料等領域表現出潛在的應用前景,而備受關注。與金屬有機框架(MOFs)材料和共價有機框架(COFs)材料不同,POCs是分立的晶體材料,由離散的構筑單元多通過弱相互作用堆積成有序結構,其孔隙由籠內空腔和堆積貫通孔組成。由于其離散的特性,賦予了其良好溶解性這一獨特優勢。因此,它們易在溶液中加工、再生和功能化;使其在固態中表現出豐富的堆積行為。雖有不同形狀和大小的POCs通過不同的偶聯反應被合成出來,而對比MOFs和COFs材料,POCs作為固態材料在混合氣體分離方面的研究較少。
  中國科學院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室研究員袁大強課題組在前期報道的基于網格化學原理的研究基礎上,通過采用四醛基間環杯[4]芳烴與不同的二胺類連接體通過席夫堿反應批量地合成不同類型的杯[4]芳烴基多孔有機籠(CPOCs),包括[2+4]燈籠狀、[3+6]三棱柱狀、[6+12]八面體狀有機籠(J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 18060-18072)。近日,袁大強課題組對這些多孔有機籠的氣體分離性能開展了深入研究。研究發現,[2+4]燈籠狀的CPOC-101能夠表現出不同的溶劑多相性,且這種多相性對材料在乙炔和二氧化碳的吸附/分離性能具有重要影響。[6+12]八面體狀的CPOC-301可以有效地從乙烯/乙烷混合氣體中優先捕獲乙烷,在氣體穿透實驗中實現了一步獲得高純度的乙烯氣體。上述兩項研究工作首次實現了多孔有機籠對乙炔/二氧化碳和乙烯/乙烷混合氣體的分離,有望為多孔有機籠作為“多孔添加劑”在柱或膜分離領域,并為工業重要氣體的分離提供理論和實驗基礎。

  近日,相關研究成果分別發表在Nature CommunicationsACS Applied Materials & Interfaces上。研究工作得到國家自然科學基金、中科院前沿科學重點研究計劃、中科院戰略性先導科技專項(B類)的資助。

  論文鏈接:1、2 

  
  上圖為基于框架化學批量合成多孔有機籠,左下圖為[2+4]燈籠狀多孔有機溶劑多相性對乙炔/二氧化碳分離性能影響,右下圖為乙烷-捕獲型[6+12]八面體狀多孔有機籠用于高效純化乙烯   
打印 責任編輯:侯茜

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