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本報訊(記者孫丹寧)近日,中國科學院大連化學物理研究所研究員郭鵬、中國工程院院士劉中民團隊與遼寧師范大學教授李國輝團隊合作,設計構筑了一種可高效選擇性吸附分離二氧化碳/乙炔(CO2/C2H2)的分子篩材料,并結合結構解析及理論計算揭示了吸附分離過程中“離子門”效應的新機制。相關成果發表于《德國應用化學》。
C2H2是一種重要的化工原料,廣泛應用于石油化工和機械制造等領域。然而,其生產過程常伴隨CO2的生成。目前,CO2/C2H2的分離主要依賴高能耗的溶劑萃取和低溫精餾方法。相比之下,吸附分離是一種更具前景的分離方法,特別是利用優先選擇性吸附CO2的吸附劑一步獲得高純C2H2。但由于CO2和C2H2的動力學尺寸、極化率等性質十分接近,開發具有優先選擇性吸附CO2的吸附劑仍面臨挑戰。 本工作中,團隊提出基于“離子門”效應的小孔分子篩吸附劑設計策略。研究人員以小孔CHA分子篩為研究對象,基于對CHA拓撲結構的拆解,設計了理想的骨架外陽離子個數及骨架硅鋁比,并通過精確調控分子篩的硅鋁比、陽離子類型及含量等參數,構筑了選擇性識別吸附CO2分子的K-CHA分子篩,實現了C2H2的一步高效純化。研究還利用X-射線粉末衍射結構精修,從原子層面確定了K離子在K-CHA骨架中的落位。進一步結合理論計算表征,團隊揭示了K-CHA選擇性吸附分離CO2/C2H2的機制。 在之前報道的“離子門”效應中,占據孔口的離子會發生短暫可逆遷移,使得氣體分子擴散通過。而新研究發現,離子與氣體分子之間會發生協同遷移,離子在不同晶體學落位上將發生重排,這為“離子門”機制提供了新見解。該研究為設計選擇性吸附分離的分子篩材料提供了理論依據。 相關論文信息: https://doi.org/10.1002/anie.202522386 《中國科學報》 (2025-12-02 第1版 要聞)
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