一、概述

近日，南京師范大學(xué)化科院古志遠(yuǎn)教授課題組在氣相色譜分離領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展。相關(guān)成果以“Homogeneously Mixing Different Metal-Organic Framework Structures in Single Nanocrystals through Forming Solid Solutions”為題發(fā)表在ACS Central Science上。

二、詳細(xì)介紹

ACS Central Science是美國化學(xué)學(xué)會(huì)ACS出版社旗下的旗艦期刊，致力于發(fā)表與化學(xué)、生物、工程、材料相關(guān)的某一領(lǐng)域重大進(jìn)展的研究論文，該刊全年的發(fā)文量嚴(yán)格控制在200篇以內(nèi)，是重要化學(xué)期刊。

近日，南京師范大學(xué)古志遠(yuǎn)教授和美國Texas A&M University周宏才教授合作，提出了一種半配體誘導(dǎo)合成MOF固溶體(MOSS)的合成策略，構(gòu)建了一種混合有csq拓?fù)浜?/span>scu拓?fù)涞?/span>MOF納米單顆粒，極大地提高了材料的氣相色譜分離能力。

具有scu拓?fù)涞?/span>NU-901是一種純微孔的MOF，而具有csq拓?fù)涞?/span>NU-1000是一種有大量介孔的MOF。盡管兩者的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，兩者的二級(jí)構(gòu)筑基元都是Zr6簇和H4TBApy配體。在合成納米NU-901的過程中混合加入LB半配體可以成功地往scu拓?fù)渲幸?/span>csq拓?fù)?，合成具有混合微介孔?/span>MOSS材料。MOSS材料的微介孔比例可以通過調(diào)節(jié)合成過程中加入LB半配體的比例有效調(diào)控。從HAADF的表征可以看出，當(dāng)加入較少的LB時(shí)，MOSS-1中存在的介孔較少，材料的結(jié)構(gòu)更接近純微孔的NU-901。隨著合成過程中LB比例的增加，從MOSS-1到MOSS-3，材料中的介孔比例明顯增多。而當(dāng)繼續(xù)加入LB時(shí)，從MOSS-3到MOSS-6，材料中的介孔比例開始下降。

MOSS材料和其對(duì)應(yīng)的單拓?fù)洳牧?/span>NU-1000和NU-901都被制備成毛細(xì)管氣相色譜固定相用于分離各種異構(gòu)體。從分離結(jié)果可以看出，MOSS材料的分離能力明顯優(yōu)于NU-901和NU-1000，這是由于MOSS材料很好地平衡了分析物本身的動(dòng)力學(xué)擴(kuò)散以及和孔道之間的熱力學(xué)相互作用。此外，在分離二甲苯異構(gòu)體時(shí)，MOSS對(duì)p-xylene展現(xiàn)出了獨(dú)特的分離選擇性。p-xylene由于尺寸較小，與o-xylene和m-xylene相比更容易進(jìn)入NU-901的微孔中，與孔壁發(fā)生強(qiáng)相互作用，因此在NU-901柱上表現(xiàn)出最長(zhǎng)時(shí)間的保留。在具有非常大量介孔的NU-1000柱中p-xylene受到的作用力最弱，擴(kuò)散地最快，因此表現(xiàn)出最短時(shí)間的保留。而MOSS材料由于較好地平衡了熱力學(xué)相互作用和動(dòng)力學(xué)擴(kuò)散，p-xylene表現(xiàn)的出峰時(shí)間介于o-xylene和m-xylene之間。

該體系證實(shí)了平衡分析物本身的動(dòng)力學(xué)擴(kuò)散以及和孔道之間的熱力學(xué)相互作用是提高材料色譜分離能力的關(guān)鍵，為合成新型高效的多孔材料固定相提供了新的思路。

南京師范大學(xué)化科院講師徐銘是該論文的第一作者，南京師范大學(xué)碩士研究生孟莎莎和美國Texas A&M University博士研究生蔡沛宇是該論文的共同第一作者。南京師范大學(xué)古志遠(yuǎn)教授和美國Texas A&M University周宏才教授為通訊作者。南京師范大學(xué)為第一通訊單位。