科学家研究温和条件下冠醚@UiO-66膜的原位生长

中国科学技术大学徐同文教授、李兴亚教授研究组提出离子完全脱水概念，制备出金属有机骨架(MOF)限域冠醚膜，解决了复杂体系中离子的精准分离难题，研究成果发表在ScienceAdvances上。

离子的高效精准分离涉及盐湖提锂、海水提炼、高盐废水资源化利用等重要化工过程，这些体系中的离子成分复杂，尺寸均为埃级，是当前化工分离行业亟待解决的技术难题。

根据团队前期的研究成果，埃级膜通道有助于离子部分脱水，促进离子的转移和筛分。为了进一步提升单价离子的通量和选择性，研究人员继续开展了相关工作。

研究人员旨在利用UiO-66的窗口-腔体结构，在温和条件下(30℃)实现MOF限域冠醚(CE@UiO-66)膜的原位生长，实现冠醚分子的“完美限域”。

UiO-66的窗口约为8Å，腔约为12-15Å。基于尺寸匹配效应，可以限制分子大小约为12Å的二苯并-15-冠-5(DB15C5)或二苯并-18-冠-6(DB18C6)。UiO-66膜的窗口约为8Å，腔约为12-15Å。

与原始UiO-66膜相比，CE@UiO-66膜表现出更高的单价离子渗透速率和选择性，这是由于UiO-66窗口尺寸筛选和冠醚相互作用筛选的协同效应使得单价离子完全脱水。

在浓度驱动的二元离子分离体系中，一价阳离子(如K+)的通量和一价/二价阳离子(如K+/Mg2+)的选择性分别在0.9~1.2molm2h-1和30~60范围内。

第一性原理计算与分子动力学模拟表明，单价离子在通过DB18C6@UiO-66腔体时完全脱水，促使单价离子以较低的能垒快速转移(转移能垒：K+Na+>Li+>Mg2+。

该研究为构建复杂体系中离子的精确分离膜提供理论指导。