具有超临界气体特异性门控通道的多孔配位聚合物晶体

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摘要：
设计合成两种柔性配位聚合物（1a和2），分别为互锁二维层状框架和互穿三维框架。研究发现其在高压常温下对超临界气体表现出滞后吸附行为，通过框架结构转变实现气体选择性吸附，为新型气体分离材料提供思路。

研究背景：
1. 行业问题和研究现状：多孔材料需兼顾稳定性与选择性，传统沸石框架刚性强，现有配位聚合物多追求类沸石稳定性，缺乏动态响应特性。
2. 本文创新：利用π-π堆积等弱相互作用构建柔性框架，通过分子位移实现结构动态转变，赋予材料气体特异性门控吸附功能。

实验部分：
1. 配位聚合物合成：1a由硝酸铜、2,5-二羟基苯甲酸与4,4'-联吡啶分层扩散反应制得，产率41%；2按已有文献方法合成。
2. 晶体结构表征：采用X射线单晶衍射测定1a晶体结构，空间群P2/c，晶胞参数a=8.167(4)Å等。
3. 气体吸附测试：使用重量法吸附仪，在298K、1-120atm下测试N₂、CH₄等气体的吸附-脱附等温线。

分析测试：
1. X射线粉末衍射（XRPD）：1a脱水后（1b）仍保持晶型，通道尺寸收缩至3.0×3.6Å，证实框架柔性。
2. 气体吸附测试：1b在298K下N₂吸附门控压力50atm，脱附30atm，BET比表面积320m²/g；CO₂门控压力0.4atm，O₂为35atm。
3. 热重分析：1a在120℃以下失去结晶水，120-170℃保持稳定。
4. 结果揭示：框架通过π-π堆积单元位移实现“开闭”转变，气体门控压力与分子间作用力相关，实现超临界气体选择性吸附。

总结：
1. 主要结果：成功制备两种柔性配位聚合物，具有超临界气体特异性门控吸附性能。
2. 创新突破：首次报道常温高压下超临界气体的滞后吸附，实现晶体结构的气体触发转变。
3. 潜在意义：为气体分离、传感器、开关等领域提供新型功能材料。

Porous Coordination-Polymer Crystals with Gated Channels Specific for Supercritical Gases
文章作者：Ryo Kitaura, Kenji Seki, George Akiyama, Susumu Kitagawa*
DOI：10.1002/anie.200390130
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.200390130

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