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  中山大學陳小明院士、張杰鵬教授研究團隊長期從事功能配位化學和配位聚合物晶體工程研究，在化工分離與吸附等領域取得重要突破。該團隊在Science, Nature Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Sci., Adv. Mater., Acc. Chem. Res., Chem. Rev., Chem. Soc. Rev.等期刊發(fā)表論文400余篇，（含73篇《科學》、《美國化學會志》和德國《應用化學》等IF > 8.6期刊論文）,SCI他引累計超過3萬次,獲授權專利8項。陳小明院士于1996年獲國家自然科學基金杰出青年科學基金資助，1999年獲聘長江學者特聘教授，2009年當選中國科學院院士；張杰鵬教授于2012年獲國家自然科學基金杰出青年科學基金資助，2015年獲聘長江學者特聘教授；張偉雄副教授于2017年獲國家自然科學基金優(yōu)秀青年科學基金資助。

陳小明院士指導研究生實驗工作

  近日，中山大學化學學院陳小明院士、張杰鵬教授團隊就配位聚合物多孔材料設計、合成、氣體吸附和相關機理的研究成果作相關介紹。

  丁二烯是產(chǎn)量最大的化工產(chǎn)品之一，其生產(chǎn)過程中需要耗費大量的能量和有機溶劑對成分復雜的C4烴類混合物進行蒸餾分離。利用多孔材料進行吸附分離是一種潛在的高效分離提純方法，但分子較小、極性較大的丁二烯容易被吸附，在脫附過程中不但容易被殘留的其它C4烴類污染，而且容易受熱聚合。他們前期已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以利用合理設計的超微孔親水多孔材料對C2烴類實現(xiàn)反常的極性選擇。針對丁二烯分子柔性顯著小于其它鏈狀C4烴類的特點，他們希望能進一步通過特殊的孔道形狀控制這些柔性客體分子的構型，利用構型變化的能量差獲得反常的吸附選擇性和最優(yōu)的C4烴類吸附分離順序。

張杰鵬教授

張偉雄副教授

  研究團隊對10例代表性配位聚合物多孔材料的計算機模擬和實驗結果證實，形狀尺寸合適的離散孔洞最有利于控制柔性客體分子的構型和并反轉吸附選擇性，而連續(xù)的孔道對客體分子的吸附擴散又是必須的。通過模擬計算,發(fā)現(xiàn)具有準離散孔洞的柔性多孔材料MAF-23在兩種要求中取得平衡，實現(xiàn)了反常而且最優(yōu)的C4烴類混合物吸附分離順序。常溫常壓下將丁二烯、丁烯、異丁烯和丁烷混合物通過MAF-23填充的固定床吸附裝置后，吸附最弱的丁二烯最先流出而且純度很容易達到99.9%，同時可避免常規(guī)純化方法中因加熱而產(chǎn)生的丁二烯自聚問題。相關工作發(fā)表于國際權威雜志《科學》上,受到了廣泛的關注。

  乙烯、丙烯和1,3-丁二烯等小分子烯烴是世界上最大宗幾種化工產(chǎn)品/原料。為了將它們和其它相似飽和/不飽和烴類副產(chǎn)品分離，需要使用高能耗和環(huán)境不友好的低溫高壓或溶劑萃取精餾技術。

  基于分子幾何和物理性質差別，多孔材料可以對混合物中各組分產(chǎn)生差異性吸附，但常規(guī)多孔材料對分子量相似的烴類分子缺乏識別機制，吸附選擇性通常很低。配位聚合物是一種新型多孔材料，具有結構多樣、可設計、易修飾等優(yōu)勢，可以利用氫鍵、配位鍵等識別機制增強對不飽和烴的吸附作用，或利用精確控制的孔徑排除對較大的飽和烴的吸附。近年來，配位聚合物多孔材料已經(jīng)在小分子烴類混合物分離領域取得了系列令人矚目成果。

  雖然親水性多孔材料都選擇性吸附極性更大的不飽和烴類，利用超微孔表面精確排列的氫鍵受體，有可能高效識別并結合極性較低的烷烴而非極性較大的烯烴，即實現(xiàn)選擇性的反轉。目前該團隊的研究結果表明，主客體超分子作用、主體柔性和客體柔性都對反轉吸附選擇性至關重要。這些策略有望用于設計合成具有更理想吸附分離效果的新型多孔材料。

  團隊未來將繼續(xù)瞄準配位聚合物多孔材料化學與晶體工程國際前沿與國家重大需求，充分發(fā)揮團隊的研究特色與整體優(yōu)勢，與國外廣泛合作，圍繞新型化工吸附分離材料、新型綠色產(chǎn)能材料等方面的基礎及應用基礎研究，來滿足我國經(jīng)濟社會高速發(fā)展對清潔可持續(xù)能源的需求，以及廣大人民群眾對環(huán)境和健康的更高要求等。 

  論文鏈接：http://science.sciencemag.org/content/356/6343/1193