袁大强课题组：基于多孔有机笼在气体分离方面取得重要进展

chandler

多孔有机笼(Porous organic cages, POCs)，作为近年来出现的一类新型多孔材料，由于在气体存储与分离、传感、催化以及智能材料等领域表现出潜在的应用前景，而受到人们的广泛关注。与金属有机框架(MOFs)材料和共价有机框架(COFs)材料不同，POCs是分立的晶体材料，由离散的构筑单元多通过弱相互作用堆积成有序结构，其孔隙由笼内空腔和堆积贯通孔组成。由于其离散的特性，赋予了它们良好溶解性这一独特优势。因此，它们可以很容易地在溶液中加工、再生和功能化；同时，也使它们在固态中表现出丰富的堆积行为。近10多年来，虽然各种各样具有不同形状和大小的POCs通过不同的偶联反应被合成出来，然而对比MOFs和COFs材料，POCs作为固态材料在混合气体分离方面的研究仍然很少。

　　在国家自然科学基金项目、中科院前沿科学重点研究计划和中科院战略性先导科技专项(B类)的资助下，福建物构所结构化学国家重点实验室袁大强研究员课题组在前期报道的基于网格化学原理的基础上，通过采用四醛基间环杯[4]芳烃与不同的二胺类连接体通过席夫碱反应批量地合成不同类型的杯[4]芳烃基多孔有机笼(CPOCs)，包括[2+4]灯笼状，[3+6]三棱柱状，以及[6+12]八面体状有机笼 (J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 18060-18072)。最近，袁大强课题组对这些多孔有机笼的气体分离性能进行了深入研究。研究发现[2+4]灯笼状的CPOC-101能够表现出不同的溶剂多相性，并且这种多相性对材料在乙炔和二氧化碳的吸附/分离性能上有重要影响。更有趣的是，[6+12]八面体状的CPOC-301可以有效地从乙烯/乙烷混合气体中优先捕获乙烷，在气体穿透实验中实现了一步获得高纯度的乙烯气体。上述两个研究工作首次实现了多孔有机笼对乙炔/二氧化碳和乙烯/乙烷混合气体的分离，同时也有望为多孔有机笼作为“多孔添加剂”在柱或膜分离领域，为工业重要气体的分离提供理论和实验基础。
　　上述两个结果分别于近期发表于和Nature Communications (2021, 12, 3703)和ACS Appl. Mater. Interfaces (2021, 13, 24042)上，这两个工作由苏孔钊和王文经副研究员共同完成。此外，该研究团队此前在间环杯[4]芳烃核材料的设计、合成及性性能研究方面也取得系列研究进展，相关成果发表在（Nat. Commun., 2018, 9, 4941; ACS Sustainable Chem. Eng., 2018, 6, 17402; Ind. Eng. Chem. Res., 2019, 59, 7247; Chin.Chem.Lett. 2020, 31, 2023；Sci China Chem., 2018, 61, 664; Chem. Commun., 2017, 52, 9598；Cryst. Growth Des., 2017, 17, 5625）。
　　文章链接：
　　https://www.nature.com/articles/s41467-021-24042-7;
　　https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c04573。


       文章来源：福建物构所
      袁大强，男，博士，于1999年、2002年在北京师范大学化学系分别获学士、硕士学位。2002年7月起任职于中科院福建物质结构研究所，2006年7月获中科院福建物质结构研究所博士学位。2007年8月起作为博士后先后在美国迈阿密大学(Miami University)化学与生物化学系、美国德州农工大学(Texas A&M University)化学系及可持续能源高级研究中心开展新型多孔材料方面的研究工作。2011年8月作为中科院海西院引进人才返回福建物构所工作，担任结构化学国家重点实验室研究员、课题组长、博士生导师。研究兴趣主要是新型多孔材料在清洁能源中的应用及其在催化化学中的应用。目前作为课题负责人承担国家自然科学基金面上项目、中科院前沿科学重点研究项目，同时以子课题负责人参与结构化学国家重点实验室团队攻关项目等多项研究课题。2012年获得中科院“百人计划”择优支持。袁大强研究员迄今已在Nat. Commun.、Energy Environ. Sci.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Chem. Sci.、Chem. Mater.等国际知名期刊上发表SCI论文270篇。2015年起担任英国Nature出版集团旗的Scientific Reports《科学报道》期刊编委。