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《Science》华南理工顾城发现新型“局域柔性”材料!

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1月25日,华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室研究员顾成在国际顶刊《Science》期刊发表论文,该研究利用金属-有机框架(MOF)材料在刚性骨架的MOF的笼状孔壁上编入温度响应的动态“开关”,通过控制孔壁微扰来控制气体分子在多孔材料中的扩散。2018年1月份华南理工首篇Science论文也是与MOF有关。

论文链接:http://science.sciencemag.org/content/363/6425/387

《Science》华南理工顾城发现新型“局域柔性”材料!

该新材料具有温度控制的吸附特性,不仅能让材料在较高温度下进行相似气体的动态筛分,也可以实现常温常压下气体的物理存储。根据热力学定律,随着温度升高,多孔材料对气体的吸附量会降低。但是MOF材料在各种气体的沸点温度附近几乎没有任何吸附,随着温度升高气体吸附量逐渐升高并达到最大值,之后随温度升高气体吸附量又逐渐降低。这是热力学控制的骨架-气体相互作用力和动力学控制的扩散限制相互作用的结果。

《Science》华南理工顾城发现新型“局域柔性”材料!

(A)通过动态孔道控制气体扩散的原理示意图。(B) 1a的晶体结构。 (C) 1a的孔道结构。(D) 温度响应的层内扩散控制示意图。

研究人员设计了一种蝴蝶型配体,在间苯二甲酸的5-位上引入氧化吩噻嗪,这是一种可以有效发生热振动的单元。氧化吩噻嗪的热振动引起的微扰已足够为气体分子扩散打开“大门”。由于MOF材料引入了动力学控制,在不同的温度下,“大门”打开的幅度也不相同。将该MOF材料填充分离柱,测试了氧气/氩气和乙烯/乙烷的分离效果。结果显示,在180K、混合气中氧气含量仅为5%的情况下,MOF材料对氧气的纯化比例仍能达到95%。在273K下混合气中乙烯含量仅为5%的情况下,纯化比例仍能达到80%。

《Science》华南理工顾城发现新型“局域柔性”材料!

值得一提的是,2018年1月份华南理工首篇Science论文点此查看)也是与MOF有关,报道了世界首个有序大孔-微孔MOF单晶材料,华南理工大学化学与化工学院沈葵副研究员是论文第一作者,这也是华南理工大学首次在Science主刊上以第一单位发表论文。不过今年这篇Science论文第一作者顾成的单位写的是京都大学,备注当前单位为华南理工大学。

《Science》华南理工顾城发现新型“局域柔性”材料!

顾城,研究员,博士生导师。于2012年吉林大学获高分子化学与物理专业博士学位。2013-2016年在日本分子科学研究所做博士后。2016-2017年在日本京都大学继续博士后研究。2017年起任职于华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室。入选第14批国家青年千人。长期从事电化学与多孔材料领域的研究工作,其研究组发展了电化学聚合精确可控的制备高质量共轭微孔聚合物(CMP)薄膜的方法,可精确控制薄膜的尺寸、厚度、孔结构和光电性质,解决了CMP材料难以加工成膜的问题。基于CMP薄膜的有机光电器件展现出很好的性能,表明CMP薄膜在有机光电材料与器件领域具有潜在的应用前景。其工作为拓展CMP材料的应用领域提供了新的思路。(未经允许谢绝转载)

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