中山大学张杰鹏教授团队《分子基晶态吸附剂：推进吸附理论和储存/分离应用》

近日，中山大学张杰鹏教授团队的AMR述评文章“Molecule-Based Crystalline Adsorbents: Advancing Adsorption Theory and Storage/Separation Applications”在线发表。就分子基晶态多孔材料如何推动吸附理论的发展及气体存储和分离的应用，文章进行了总结与讨论，其中重点探讨了吸附系统柔性和动态行为的独特作用。

关键词：分子基晶态吸附剂；吸附；柔性

In summary, the crystal (periodic and equilibrium) structures of porous materials are critical for studying and utilizing the structure–property relationships in adsorption processes. Meanwhile, transient/aperiodic/guest flexibilities occur extensively in adsorption processes involving crystalline adsorbents and play very different roles compared to the equilibrium/periodic/host ones.

1 文章内容简介

凭借极为丰富且易于设计、合成和表征的结构，以及显著的柔性行为，分子基晶态材料的研究不但拓展了吸附理论，还为实际应用提供了机遇和挑战。

在传统吸附理论的框架下，分子基晶态多孔材料不仅具有异常大的孔体积和比表面积，还可以提供类型丰富、易于调节的吸附位点（如亲合力、浓度和位置）。通过合理调控主体–客体和客体–客体相互作用，可以按需改变吸附等温线的形状，从而提高工作容量和选择性，甚至反转选择性以满足实际分离需求。

分子基晶态多孔材料在吸附过程中易表现出结构转变，这种行为不仅有趣，异于传统材料，还帮助拓展了吸附理论。作为最早被认识的柔性行为，客体诱导的晶体到晶体结构转变具有热力学控制、平衡态和周期性的特点，一方面可有效提高工作容量和降低吸附热效应，另一方面在混合物分离时存在共吸附和泄漏问题。

随着研究的深入，吸附系统的柔性行为被拓展到动力学控制、瞬态和非周期性，甚至客体，进一步完善了吸附/分离理论。作为纯动力学控制的瞬态柔性行为，门控吸附不仅为动力学和分子筛分离原理提供了新的理解，还可为热力学分离服务（实现主体–客体作用最大化）。除了客体和瞬态，晶态多孔材料在平衡态也可以表现出或多或少的非周期性柔性行为，可用于解决混合物分离时的共吸附和泄漏问题。

2 AMR：请问您选择该领域的初心是？

作者团队：

中山大学化学学院在分子晶体工程领域有深厚的研究积累。各种类型的多孔框架结构是分子设计和晶体工程的理想目标，而吸附、储存和分离则是多孔结构最直观的性质和应用。一方面，吸附在化工、能源、环境，乃至日常生活等领域有广泛应用；另一方面，吸附被认为是一个简单的物理化学过程（只涉及分子间作用和立体几何）。分子基晶态多孔材料的出现不但为吸附应用带来了新的机遇，也对吸附理论提出了挑战。

3 AMR：您对该领域的发展有何愿景？

作者团队：

随着研究方法和技术的不断进步，例如准确定量吸附分离测试、高时间空间分辨原位吸附/结构表征、先进计算机模拟等，吸附理论将被进一步完善并广泛应用。同时，利用分子基晶态多孔材料的独特结构与性能，有望发展出取代传统储存/分离方法的吸附技术，推动化工、能源、环境等领域的技术变革与发展。

作者团队简介

中山大学化学学院

张杰鹏 教授

张杰鹏，中山大学化学学院教授。2007年起在中山大学化学学院任教，从事配位聚合物等分子基晶态多孔材料的设计合成与功能研究，在Science、Nat. Mater.、Chem、JACS、Angew. Chem.等期刊上发表论文180多篇。2011年获中国化学会青年化学奖，2012年获国家杰出青年科学基金，2015年入选长江学者特聘教授，2016年获政府特殊津贴，2019年获中国青年科技奖和广东省自然科学奖一等奖（第一完成人），2020年获科学探索奖，多次入选全球高被引科学家名录。

中山大学化学学院

陈小明 教授

陈小明，中山大学化学学院教授。1992年起在中山大学化学学院任教，从事配位聚合物的设计合成、吸附分离、催化、光电磁等以及含能分子晶体研究，在Science、Nat. Synth.、JACS、Angew. Chem.等期刊上发表论文590多篇。2009年当选中国科学院院士，2013年当选发展中国家科学院（TWAS）院士。2007年获国家自然科学奖二等奖，2012年获TWAS化学奖，2020年获日本配位化学会国际奖，曾连续10年入选全球高被引用化学家名录。

中山大学化学学院

张学文 助理研究员

张学文，中山大学化学学院助理研究员。2022年毕业于中山大学获博士学位（导师为张杰鹏教授），2022‒2025年先后任博士后和助理研究员（陈小明院士/张杰鹏教授团队），研究方向为PCP/MOF的结构和吸附性能，以第一作者或共同第一作者在Nat. Mater.、Chem、JACS、Angew. Chem.等期刊上发表论文10余篇。2024年入选中国科协“青年人才托举工程”项目。

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Molecule-Based Crystalline Adsorbents: Advancing Adsorption Theory and Storage/Separation Applications

Xue-Wen Zhang, Jie-Peng Zhang*, and Xiao-Ming Chen

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.4c00316

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