近日，我校化科院王琛教授团队在纳流控器件的设计制备及其气体分离应用领域取得重要进展，相关成果分别在《Angew. Chem. Int. Ed.》和《Sci. Bull.》期刊上发表。

工作一：皮米级孔工程构筑纳流控氢键框架膜实现高效氢气纯化

纳流控器件因其良好的离子与分子选择性传输性质，在高效气体分离领域展现出重要应用前景。基于此，团队通过调控六氟阴离子连接体（SiF62-、GeF62-、TiF62-）的尺寸，成功构建了一系列纳流控氢键框架膜（SIFHBF-Cu、GeFHBF-Cu、TIFHBF-Cu）（图1）。这项工作首次在氢键框架体系中实现了孔径在皮米尺度（小于1 Å）的精准调控，其有效孔径可在4.39 Å至5.38 Å范围内精细调节。此外，利用膜中丰富的氟位点与CO2间形成的强静电相互作用，协同孔径筛分效应，进一步增强了氢键框架膜对CO2的排阻能力，实现了H2/CO2/CH4三元气体的高效分离，且该膜在水蒸气存在下仍表现出优异的分离性能与长期稳定性。这项研究为气体分离纳流控器件的设计与性能优化提供了新思路。研究成果发表在Angew. Chem. Int. Ed. 2025, DOI: 10.1002/anie.202518187.

图1. 精准调控纳流控氢键框架膜孔径实现氢气的高效纯化

工作二：精确调控金属-肽网络纳流控膜柔性实现二氧化碳高效分离

由于CO2与N2的动力学直径极为接近（仅相差约0.03 nm），从烟道气中高效分离CO2仍是纳流控膜面临的关键挑战。金属-肽网络框架（MPN）具有灵活性、分子适应性和高识别能力，可以实现对气体的适应性孔隙开启，以提高气体分离效率。基于此，团队通过精确调控二肽侧链结构（甘氨酸-甘氨酸、甘氨酸-丙氨酸和甘氨酸-丝氨酸），成功构建了一系列柔性水平可调的压力响应型MPN膜（图2）。得益于肽链中极性基团与CO2之间的四极-偶极相互作用，当CO2分压达到阈值时，可特异性诱导宿主框架发生“闭合”到“开放”的状态转变，而N2因缺乏该作用无法触发此转变，从而显著增强CO2的选择性吸附与传输，最终实现CO2/N2的高效分离。这项研究强调了精确调控纳流控膜的柔性和孔隙结构对于高效气体分离的重要性，为解决动力学直径相近的气体分离难题提供了新的策略。研究成果发表在Sci. Bull. 2025, DOI: 10.1016/j.scib.2025.11.058.

图2. 二肽侧链精准调控实现CO2响应型纳流控膜门控分离

以上研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和江苏省自然科学基金等项目的支持。