夜雨聆风
近日，大连化物所能源催化转化全国重点实验室无机膜与催化新材料研究组（504组）杨维慎研究员、班宇杰研究员等提出仿生模板矿化新策略，在多种尺度下协同调控膜的微观结构，实现乙醇—水、乙腈—水等多种有机—水共沸物的分离。
共沸物分离是化工分离领域面临的重要挑战之一。渗透气化膜分离技术可突破气液平衡限制，并有望大幅降低分离能耗，但对膜的结构致密性和分子孔道精确筛分性质提出了更高要求。高价金属—有机框架（MOF）材料稳定性优异，是实现渗透气化膜分离的理想材料。然而，高价MOF材料因成核能垒高，导致载体界面处成核密度低、晶粒生长缓慢等问题，难以获得致密、连续的无缺陷膜层。
自然界中的生物通过特定的模板指导，可将固定形貌的粒子单元有序组装成多种形态的超级结构，实现特殊的生物功能。例如海星的听小骨、软体贝类动物的贝壳组织等。受这一现象启发，在本工作中，研究团队提出仿生模板矿化策略，以亚稳态、易于成膜的铜基MOF膜（CuBTC）为模板，在铁离子交换驱动下，原位转变为晶相稳定的MIL-100 （FeBTC）膜。研究发现，该过程中CuBTC模板表面的配体组分与结构单元为新晶粒（MIL-100）在模板表面的锚定成核创造了条件，并触发新晶粒沿模板表面进行印迹复制型生长，为晶粒有序聚集提供精确的空间指引，实现了微纳尺度下膜整体架构的精准构筑和调控。同时，模板转化过程中因“部分牺牲”效应，最终以金属—配体纳米团簇的形式原位封装于MIL-100笼中，形成“瓶中船”结构，有效窄化了笼径，实现了筛分窗口的分子水平调控。所构筑的MIL-100膜可对多种水相共沸物（例如乙醇—水、丙醇—水，丁醇—水、乙腈—水等）实现脱水精制。
相关工作以“Synergistic Multiscale Design of Metal−Organic Framework Membrane via Biomineralization-Inspired Templating for High Efficiency Azeotrope Separation”为题，发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。该工作的第一作者是大连化物所504组王悦诚副研究员。以上工作得到了国家自然科学基金、我所创新基金等项目的支持。（文/图 班宇杰）
文章链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c21467
DICP科普一下
何为MOF？
MOF，金属—有机骨架（metal-organic framework）的英文缩写。顾名思义，它主要由金属“模块”和有机分子“模块”组成，具有规律的多孔结构。MOF材料孔径大小和形状均可调节，容易进行修饰的优点，被认为是理想的制膜材料，在催化、分离纯化、能源等领域都具有广阔的应用前景。（文/王悦诚 图/陈思）
共沸物
一般情况下，当两种液体混合在一起时，由于两种液体具有不同的沸点，通常可以通过蒸馏的方式将它们分离。然而，对于共沸物，这种分离过程并非如此简单。
比如水和酒精，它们本身有各自的沸点，水在100℃沸腾，酒精在78℃左右沸腾。但是，当你把这两种液体混合后，它们可能会表现得有点“特别”。
它们的混合物会在一个既不是水的沸点也不是酒精沸点的温度下开始沸腾。更神奇的是，当这种混合物沸腾时，所产生的蒸汽，其组成和原来的混合液体的组成完全一样，也就是说，蒸汽里水和酒精的比例跟液体里的比例是一样的。这种特殊的现象就叫做“共沸”，共沸物很难通过传统蒸馏手段实现分离。
共沸物的研究在化学工业中具有重要意义，特别是在制药和石油精炼等领域。理解和控制共沸物的行为能够显著提高生产效率，并减少能源消耗。（文/王悦诚 图/陈思）
