Angew：增强分子间相互作用制备晶态多孔有机笼膜

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导读

多孔有机笼（ POC ）作为一种新型孔材料备受关注。 POC 由离散的有机分子组装而成，具有笼形结构和固有空腔，具有高孔隙率、易于修饰的孔结构、良好的溶液加工性等优点，从而为 POC 膜的设计制备提供了可能性。 由于 POC 膜具有 高 比 表面积和孔体积 ， 以及开放可调的孔 道，可实现高效的分子传输和精准的分子筛分，具有重要研究价值和应用前景。

目前，大多数研究工作制备的POC均为粉末状，由于POC笼之间通过弱分子间相互作用连接，使得制备纯相结晶的多孔有机笼膜面临巨大挑战。通过旋涂法制备的纯相多孔有机笼膜通常为无定型膜，这导致其无法充分利用笼分子间形成的通道进行高效分子传输。 化学加——科学家创业合伙人，欢迎下载化学加APP关注。

近日，中国科学技术大学刘江涛教授与天津大学姜忠义教授合作，采用液-液界面工程方法，通过设计分子内氢键增强笼分子间相互作用的策略，成功制备了高结晶度的自支撑多孔有机笼膜并用于精准分子筛分。为阐明膜制备过程的驱动力，一系列含有不同取代基的对苯二甲醛结构单元通过界面聚合（IP）在不同条件下与柔性三胺发生反应，并利用单晶X射线分析等证实。密度泛函理论（DFT）计算表明分子内氢键可显着增强分子间相互作用。所制备的POC膜在水中和有机溶剂中均表现出快速的溶剂渗透性和高染料截留率。此外，该膜在有机溶剂中的表现出优异的精准分子筛分能力。

多孔有机笼的内部空腔和外部通道对于分子的传输至关重要。通过对比不同官能团取代的对苯二甲醛与胺单体的界面聚合反应，发现含有羟基的二醛能与胺在界面处形成连续的自支撑膜，而其他取代官能团的二醛在界面处只能形成离散的粉末。

为了进一步探究该现象，通过液相扩散的方法成功生长出笼的单晶并用于晶体结构解析。结果表明，含有羟基的笼分子结构中存在分子内氢键，而其他的笼分子中则无分子内氢键。分子内氢键与反式的亚胺键共存可减少结构的缺陷、提高结构刚性、增强有机笼之间的规整排列和相互作用，这对于膜的形成至关重要。

同时，DFT理论模拟计算结果表明分子内氢键可增强分子间相互作用，使得笼分子堆积更加紧密，从而促进了连续的自支撑膜形成。如无分子内氢键，笼分子之间相互作用较弱，导致笼分子堆积较松散，在界面处只能形成粉末。

通过界面聚合制备的有机笼膜在分子筛分方面表现出快速的溶剂渗透性和高染料截留率，且其具有的适宜孔径可实现对不同尺寸有机染料分子的精准筛分。

本文通过常温界面聚合法成功制备了有机笼自支撑膜，该膜在多级分离领域具有很好应用潜力。通过调控分子内氢键增强有机笼之间的相互作用，进而提升多孔材料成膜性属首次报道，对于膜科学和材料领域具有重要参考价值，该工作为制备高结晶性多孔膜材料建立了一种新策略和新途径。

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三、团队介绍
刘江涛，博导，特任教授(海外引进国家高层次人才+中科院人才计划入选者)，课题组研究方向聚焦于新型分离膜材料在环境生态、能源资源、生命健康等领域的基础和应用研究，包括二维共价有机框架材料COF、金属有机框架材料MOF、多孔材料POC/PAF/HOF/PIM/HOF等，广泛用于碳捕集碳中和、海水淡化、污水处理、雾霾净化、油水分离、血液净化、气体CO2分离等领域。目前发表文章有Science子刊Science Advances (3篇), 材料领域期刊Advanced Materials (3篇), Angew, ACS Nano, Journal of Materials Chemistry A，膜分离领域期刊Journal of Membrane Science，环境领域期刊Environmental Science & Technology, Journal of Hazardous Materials等，申请专利10项，其中已获授权专利8项。目前担任Advanced Membranes, Carbon Capture Science & Technology(CCST)青年编委，Polymers(IF=4.967)客座编辑。

课题组网站

https://www.x-mol.com/groups/liu_jiangtao/people

环境系网页http://ese.ustc.edu.cn/2021/0624/c26804a514296/page.htm

四. 应聘方式

符合上述条件的应聘人，请将个人简历发送至邮箱jiangtaoliu@ustc.edu.cn（邮件题目注明“姓名-毕业院校-应聘副高/博士后”）

文献详情：

Crystalline Porous Organic Cage Membranes Constructed Using Fortified Intermolecular Interactions for Molecular SievingZiye Song, Linghao Liu, Qian Sun, Jingcheng Du, Jian Guan, Pengjia Dou, Runnan Zhang, Zhongyi Jiang, Jiangtao Liu

Angew. Chem. Int. Ed.,2024

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202409296

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