科学家基于“离子门”效应设计新型分子筛材料

　　近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员郭鹏、中国工程院院士刘中民团队与辽宁师范大学教授李国辉团队合作，设计构筑了一种可高效选择性吸附分离二氧化碳/乙炔（CO2/C2H2）的分子筛材料，并结合结构解析及理论计算揭示了吸附分离过程中“离子门”效应的新机制。相关成果发表于《德国应用化学》。

　　C2H2是一种重要的化工原料，广泛应用于石油化工和机械制造等领域。然而，其生产过程常伴随CO2的生成。目前，CO2/C2H2的分离主要依赖高能耗的溶剂萃取和低温精馏方法。相比之下，吸附分离是一种更具前景的分离方法，特别是利用优先选择性吸附CO2的吸附剂一步获得高纯C2H2。但由于CO2和C2H2的动力学尺寸、极化率等性质十分接近，开发具有优先选择性吸附CO2的吸附剂仍面临挑战。

　　本工作中，团队提出基于“离子门”效应的小孔分子筛吸附剂设计策略。研究人员以小孔CHA分子筛为研究对象，基于对CHA拓扑结构的拆解，设计了理想的骨架外阳离子个数及骨架硅铝比，并通过精确调控分子筛的硅铝比、阳离子类型及含量等参数，构筑了选择性识别吸附CO2分子的K-CHA分子筛，实现了C2H2的一步高效纯化。研究还利用X-射线粉末衍射结构精修，从原子层面确定了K离子在K-CHA骨架中的落位。进一步结合理论计算表征，团队揭示了K-CHA选择性吸附分离CO2/C2H2的机制。

　　在之前报道的“离子门”效应中，占据孔口的离子会发生短暂可逆迁移，使得气体分子扩散通过。而新研究发现，离子与气体分子之间会发生协同迁移，离子在不同晶体学落位上将发生重排，这为“离子门”机制提供了新见解。该研究为设计选择性吸附分离的分子筛材料提供了理论依据。