image: (a)苯分子在方形、三角形和圆形孔道中的排布情况；(b)一维配位链的侧视图；(c)配体的配位模式；(d)NKU-300的框架结构。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
近日，《国家科学评论》在线发表了北京大学杨四海教授/南开大学师唯教授团队的研究成果，该研究团队设计构筑了一例冠醚修饰的三角形孔道的刚性金属-有机框架NKU-300，实现了环己烷中痕量苯的快速分离识别。
研究人员在进行NKU-300的单组分苯和环己烷蒸汽吸附等温线测试时，发现NKU-300对环己烷的吸附可以忽略不计，而对苯具有明显的吸附，这意味着NKU-300具有分离苯和环己烷的潜力。通过进一步对液相的苯和环己烷混合物的选择性识别分离性能研究，该研究团队发现在室温条件下，NKU-300对液相苯和环己烷混合物的分离表现出超高的选择性，在一次吸附分离后即可获得99.99%高纯度的环己烷，且分离过程可以在20分钟内完成，NKU-300在循环实验中保持了优异的稳定性，优于其他基准材料。
苯负载的NKU-300的单晶X-射线衍射分析结果表明，多重超分子协同相互作用将苯分子固定在三角形孔道中，而环己烷分子则被排除在孔道外。分子动力学模拟进一步证实了NKU-300对苯分子吸附分离的高选择性和快速动力学。
研究团队通过原位同步单晶X-射线衍射分析揭示了每个吸附位点结合强度的顺序，这与密度泛函理论计算得到的结合能大小顺序一致。在此基础上，团队又通过分子动力学模拟进一步证实了NKU-300对苯分子吸附分离的高选择性和快速动力学。
因为NKU-300具有优异的再生循环能力和快速吸附动力学，所以其具有一定的实际应用潜力。这项研究将促进具有定制结合位点先进吸附剂的合成，用于具有高挑战性的工业分离体系。
研究详情请见原文：
Rapid extraction of trace benzene by a crown-ether-based metal-organic framework
https://doi.org/10.1093/nsr/nwae342
Journal
National Science Review