杨维慎、班宇杰等提出“热驱动分子守门员”分离新概念

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近日，我所无机膜与催化新材料研究组（504组）杨维慎研究员、班宇杰副研究员团队与中山大学陈小明院士团队合作，提出“热驱动分子守门员”分离新概念，金属-有机框架膜的H2/CO2分离选择性可由温度动态、可逆调制，膜在513 K下的选择性较室温提高一个数量级。
　　高温分离对化学工业至关重要。纳米孔分子筛膜是应用前景广阔的重要分离膜类型，可实现分子识别与筛分。然而，在高温下，纳米孔热膨胀、非均匀分子扩散热活化等因素会降低分子筛膜本征筛分精度，绝大多数分子筛膜的分离选择性会大幅衰减。

　　为解决上述挑战性问题，研究团队从足球守门员身上获得灵感，提出“热驱动分子守门员”新概念，通过气-固热反应过程，一步诱导金属-有机框架前驱体发生配体交换、转晶、原配体分子离体与孔内均匀封装。通过与中山大学陈小明院士、周东东副教授团队合作，开展了系统的结构精修和理论计算，结合原位实验研究，证实该残骸分子如同膜材料“孔口守门员”，被高温“激活”，随温度发生显著迁移，动态重塑膜材料筛分孔窗，实现CO2精确截留，解决CO2高温活化扩散导致的分离精度降低问题，H2/CO2分离选择性在近工况温度下提高一个数量级。该分离新概念拓展了分子筛膜分离应用的温度窗口，对分子筛膜设计具有重要意义。该工作超算部分由中山大学国家超算广州中心卢宇彤教授团队完成。
　　相关工作以“Heat-driven molecule gatekeepers in MOF membrane for record-high H2 selectivity”为题，于近日发表在《科学进展》（Science Advances）上。论文共同第一作者为我所504组毕业生赵萌博士，中山大学生物无机与合成化学教育部重点实验室周东东副教授、国家超算广州中心博士研究生陈品。以上工作获得国家自然科学基金委重大项目等支持。（文/图 班宇杰）
　　文章链接：http://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg2229
        文章来源：大连化物所
       杨维慎，中国科学院大连化学物理研究所研究员，博士生导师，国家杰出青年基金获得者，国家973项目首席科学家。1990年3月获中科院大连化学物理研究所理学博士学位。先后在英国Birmingham大学(1989)、德国Inst. Interfacial Eng. Biotech. (1999)、美国Univ. Southern California(2001)等研究单位及大学作访问学者；发表学术论文180余篇；专利授权20余件；承担多项国家基金委重点基金项目、国家863项目、国家973项目以及国际合作项目；任5th International Conference on Catalytic Reactions in Memebrane Reactor (2002) 国际会议主席以及多个系列国际膜分离及膜催化会议学术委员会委员；获中国化学会青年化学奖（1998）及辽宁省自然科学一等奖（2006）。