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22
2026
-
04
Angew: 用溶剂“编程”生长路径，MOF膜实现异构体分离
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背景
结构相似的烷烃与芳烃异构体（如正己烷/二甲基丁烷、对二甲苯/邻二甲苯）分离，一直是石化工业中的经典难题。由于分子尺寸几乎相同，传统精馏需要高能耗，成为典型的“高耗能分离过程”。基于分子筛分的金属有机框架（MOF）膜被认为是理想替代方案，但其发展面临一个关键瓶颈：难以控制膜的生长路径，从而难以定制孔结构。即使采用相同前驱体，不同生长过程也可能导致完全不同的微结构，使“按需设计分离性能”变得困难。因此，如何实现MOF膜结构的可编程构筑，成为该领域的核心挑战。
创新
近日，中国科学院大连化物所杨维慎研究员团队提出“溶剂调控生长路径策略”，实现从同一模板出发构建不同结构与功能的MOF膜：
统一模板，多路径生长：以垂直取向Zn–Al层状双氢氧化物（LDH）纳米阵列为模板，通过溶剂切换触发不同生长机制；
路径一（DMF体系）—插层生长机制：溶剂激活金属位点并稳定骨架；诱导“表面引导+内部填充”生长；构建致密Zn-BODC膜（孔径~0.5 nm）；
路径二（水体系）—模板转化机制：LDH快速溶解并整体转化；复制蜂窝状结构；构建Al-BODC膜（孔径~0.7 nm）；
结构–性能可编程调控：小孔径膜实现正己烷/支链异构体高选择性分离；大孔径膜实现对/邻二甲苯区分；
统一分离机制揭示：分离由“构型熵差”主导，而非传统吸附焓差，实现对异构体的筛分。
意义
该工作通过“溶剂触发”实现MOF膜生长路径的调控，将膜结构设计从“经验调控”提升为“可编程构筑”。相比传统方法，该策略无需更换前驱体，仅通过调控反应环境即可获得不同功能膜，大幅提升材料设计效率。更重要的是，该研究提出以“构型熵”为核心的异构体分离机制，为理解亚纳米孔道中的分子传输提供了新视角。通过结构与机制的统一设计，实现了对复杂分离体系的调控。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/CBaBwAY2AZlUrqfLnA0g6g
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