张杰鹏课题组Nature Materials：中间尺寸分子筛

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中山大学化学学院张杰鹏教授团队在Nature Materials发表论文，报道了配位聚合物多孔材料吸附分离研究的新进展，提出并验证了中间尺寸分子筛概念。论文第一作者为周东东博士（2016年毕业于中山大学化学学院，现为中山大学化学学院特聘副研究员），张杰鹏教授为通讯作者。论文合作者包括中山大学国家超级计算广州中心的陈品工程师、杜云飞教授以及颜辉博士。
      化学混合物的分离与提纯是化工行业中的能耗大户。例如，作为合成橡胶、热塑性塑料、树脂等材料的单体原料，苯乙烯主要产自乙苯的催化裂解/脱氢反应。因为该反应受热力学限制，产物中会含有大量未反应的乙苯原料，还有一些副产物，如苯和甲苯。工业上一般需要使用多个真空蒸馏/精馏塔才能得到聚合纯度（99.5%）的苯乙烯。
       将传统分离纯化技术如蒸馏改为基于多孔材料的吸附分离有望大大降低能耗。分子筛（molecular sieve）具有分子级均匀孔径，可以只让小于孔径的分子通过，能达到理想的吸附选择性。但是，当混合物中存在多种尺寸各异的成分，而且提纯目标不是尺寸最小的成分时，分子筛的效果就会大打折扣。例如，苯乙烯的尺寸介于乙苯和苯/甲苯之间，用分子筛无法通过一次吸附获得高纯苯乙烯。

       张杰鹏教授研究团队长期致力于配位聚合物多孔材料的设计、功能和机理研究，已发展了“动力学控制的柔性”（J.Am.Chem. Soc.2008, 130,6010;Natl. Sci. Rev.2018,5,907）、“亲水孔道捕获疏水分子”（Nat. Commun.2015,6,8697）、“控制客体分子构型调控吸附选择性”（Science 2017,356,1193）等多种吸附分离理论/概念。最近，他们又提出了一种新的吸附分离原理，称为中间尺寸分子筛（intermediate-sized molecular sieve，iSMS），能在复杂混合物只吸附中间尺寸的目标成分，解决类似苯乙烯分离提纯等重大需求。为实现这种特殊的吸附行为，多孔材料必须具有合适的柔性，从而结合热力学原理（太小的分子吸附能不足以打开柔性框架）和动力学原理（太大的分子尺寸超过打开的孔窗）排除非目标成分。他们设计合成了一例具有限制柔性的配位聚合物多孔材料MAF-41，实现了在乙苯、苯乙烯、甲苯和苯混合物中超高效纯化苯乙烯（选择性3300）的目标，只需一次吸附脱附循环，即可获得纯度99.9%+的苯乙烯。MAF-41还具有超高热稳定性（500 oC）、水稳定性（沸水，pH 3‒14）以及超疏水特性，有利于实际应用。
       Nature Materials杂志同期发表了Morris教授（University of St Andrews）的新闻评述论文（http://dx.doi.org/10.1038/s41563-019-0437-x），高度评价了该项工作。
       该研究工作得到了陈小明院士的大力支持，以及国家自然科学基金、广东省珠江人才计划“本土创新团队”和广东省重点区域研发计划项目的资助。
       论文链接：http://dx.doi.org/10.1038/s41563-019-0427-z

       分子筛是一种人工合成的具有筛选分子作用的水合硅铝酸盐(泡沸石)或天然沸石。其化学通式为(M′2M)O·Al2O3·xSiO2·yH2O，M′、M分别为一价、二价阳离子如K+、Na+和Ca22+、Ba22+等。它在结构上有许多孔径均匀的孔道和排列整齐的孔穴，不同孔径的分子筛把不同大小和形状分子分开。根据SiO2和Al2O3的分子比不同，得到不同孔径的分子筛。其型号有：3A(钾A型)、4A(钠A型)、5A(钙A型)、10Z(钙Z型)、13Z(钠Z型)、Y(钠Y型)、钠丝光沸石型等。它的吸附能力高、选择性强、耐高温。广泛用于有机化工和石油化工，也是煤气脱水的优良吸附剂。在废气净化上也日益受到重视。

       张杰鹏（ZHANG, Jie-Peng），2000年在中山大学获学士学位，2005年在中山大学获博士学位；2005-2007年在日本京都大学任JSPS博士后；2007年回中山大学工作，任副教授；2011年任教授、博士生导师。主要从事配位聚合物多孔材料的设计合成与功能研究，2010年入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”，2011年获中国化学会青年化学奖，2012年获国家杰出青年科学基金，并入选中组部首批青年拔尖人才支持计划，2015年入选长江学者特聘教授，2016年获政府特殊津贴，2014-2017连续4年入选Web of Science全球高被引学者名录，曾任Cryst. Growth Des.专题编辑（2016-2017），现任Sci. Bull.副主编（2018-2022）。