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——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康,率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展,率先建成國家創(chuàng)新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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【中國科學(xué)報(bào)】研究解析全新三維小孔磷鋁分子篩

2025-02-28 中國科學(xué)報(bào) 孫丹寧
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三維電子衍射技術(shù)解析全新三維小孔磷鋁分子篩藝術(shù)圖。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所供圖

中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所郭鵬研究員和劉中民院士團(tuán)隊(duì)通過精確調(diào)控有機(jī)結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑,合成了一種全新小孔磷鋁分子篩DNL-17,并采用先進(jìn)的三維電子衍射技術(shù)解析其復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究近日發(fā)表于《美國化學(xué)會志》。

磷鋁分子篩是由磷氧四面體和鋁氧四面體通過共氧頂點(diǎn)相互連接而成的、具有規(guī)則孔道或籠狀結(jié)構(gòu)的晶態(tài)磷鋁酸鹽材料。其中,具有三維貫穿孔道的小孔磷鋁分子篩因在氣體選擇性吸附和能量儲存方面的獨(dú)特能力而備受關(guān)注。

目前,合成這類全新三維小孔磷鋁分子篩主要面臨兩個(gè)挑戰(zhàn):一是對有機(jī)結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑導(dǎo)向機(jī)制理解的缺失;二是由于磷鋁分子篩的晶體尺寸通常在微納米甚至納米級別,傳統(tǒng)的單晶X射線衍射方法難以有效解析分子篩骨架結(jié)構(gòu)和主客體相互作用,在一定程度上阻礙了全新分子篩的探索合成。

研究人員以雙頭季銨鹽為有機(jī)結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑,通過對其碳鏈長度和端基尺寸進(jìn)行精細(xì)調(diào)控,合成了一種全新納米級小孔磷鋁分子篩,并將其命名為DNL-17。

團(tuán)隊(duì)利用三維電子衍射技術(shù)直接確定了DNL-17的復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn),DNL-17具有小孔8×8×8元環(huán)三維貫穿孔道,其骨架結(jié)構(gòu)中包含四種不同類型的分子篩籠,并且沿c軸方向形成了多達(dá)24層的復(fù)雜堆垛序列。結(jié)合理論計(jì)算和固體核磁碳譜表征結(jié)果,研究人員揭示了DNL-17合成過程中,有機(jī)結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑采用不同構(gòu)象穩(wěn)定不同分子篩籠。該發(fā)現(xiàn)證實(shí)了有機(jī)結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑可以通過不同構(gòu)象構(gòu)建全新磷鋁分子篩結(jié)構(gòu),為新型分子篩的設(shè)計(jì)合成提供了新思路。

此外,該研究還發(fā)現(xiàn)DNL-17在正丁烷和異丁烷分離過程中表現(xiàn)出良好的選擇吸附性能。

相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1021/jacs.4c18190

(原載于《中國科學(xué)報(bào)》?2025-02-28?第1版?要聞)

打印 責(zé)任編輯:梁春雨

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