张振杰课题组：构建柔性多孔有机笼晶态材料用于轻烃气体分离

zixia

柔性多孔晶体材料属于第三代多孔材料，其在外部刺激(压力、温度、光照等)下可以发生可逆的结构转变，在气体存储、分离、传感以及智能材料等领域展示了巨大的应用潜力。多孔有机笼(POCs)是近年来兴起的一种新型的分子晶体材料。与传统的多孔框架材料相比，多孔有机笼最大的优点在于其良好的溶解性。利用多孔有机笼自组装形成的柔性多孔晶体材料，同时具有笼内孔和笼之间的堆积孔，当暴露在客体分子中，可以发生结构转化。目前为止，柔性多孔有机笼晶态材料用于气体选择性分离还未有报道。

近期，南开大学化学学院张振杰研究员与利默里克大学的Michael J. Zaworotko教授、清华-伯克利深圳学院的余旷教授合作，首次设计合成了一种酰亚胺连接的[2+3]柔性多孔有机笼，通过自组装可以形成具有客体分子响应的柔性多孔有机笼晶体。当含有溶剂的NKPOC-1-β相暴露在空气中时，会逐渐失去溶剂发生结构转化形成密堆积的无孔NKPOC-1-α相(图.2)。研究发现，NKPOC-1-α对多种气体展示了独特的开孔效应。NKPOC-1-α对于二氧化碳具有多步开孔吸附行为；当其暴露在丙炔、丙烯和丙烷的氛围中时，通过开孔吸附行为可以实现α→β相的转变。利用其对丙炔、丙烯和丙烷的不同开孔行为可以有效的实现C3混合气体的选择性分离。通过原位-粉末X射线衍射和分子动力学模拟对该材料的结构转化进行了详细的研究和解释。


该工作最近发表在J. Am. Chem. Soc.2019, DOI:10.1021/jacs.9b04319.文章第一作者为南开大学化学学院的博士生王志方。通讯作者是南开大学化学学院的张振杰研究员、利默里克大学的Michael J. Zaworotko教授和清华-伯克利深圳学院余旷研究员。


张振杰，男，南开大学化学学院研究员。2002-2009年期间在南开大学获得材料化学学士学位和无机化学硕士学位（导师：长江学者程鹏教授）。2010-2014年期间，在美国南佛罗里达大学化学系获得化学博士学位（导师：Michael J. Zaworotko教授），主要研究卟啉负载的金属-有机框架材料的新合成方法和后修饰研究。2014-2016年期间，在加州大学圣地亚哥分校化学与生物化学系Seth M. Cohen教授研究组从事博士后工作研究，主要研究方向是高分子-金属有机框架杂化材料。2016年7月受聘于南开大学化学学院任特聘研究员。张振杰研究员在相关领域发表论文40余篇，其中以第一作者发表论文16篇，其中包括J. Am. Chem. Soc.（4 篇）、Angew. Chem. Int. Ed.（2篇）、Chem. Sci.（1 篇）、Chem. Soc. Rev.（1 篇）等。获得了2013年国家优秀自费留学生奖学金和2014年ACS Young Investigator Award（美国化学学会青年科学家奖）。