南師大化科院教授在氣相色譜分離領域取得重要研究進展

一、概述

近日，南京師范大學化科院古志遠教授課題組在氣相色譜分離領域取得重要研究進展。相關成果以“Homogeneously Mixing Different Metal-Organic Framework Structures in Single Nanocrystals through Forming Solid Solutions”為題發表在ACS Central Science上。

二、詳細介紹

ACS Central Science是美國化學學會ACS出版社旗下的旗艦期刊，致力于發表與化學、生物、工程、材料相關的某一領域重大進展的研究論文，該刊全年的發文量嚴格控制在200篇以內，是重要化學期刊。

近日，南京師范大學古志遠教授和美國Texas A&M University周宏才教授合作，提出了一種半配體誘導合成MOF固溶體(MOSS)的合成策略，構建了一種混合有csq拓撲和scu拓撲的MOF納米單顆粒，極大地提高了材料的氣相色譜分離能力。

具有scu拓撲的NU-901是一種純微孔的MOF，而具有csq拓撲的NU-1000是一種有大量介孔的MOF。盡管兩者的拓撲結構不同，兩者的二級構筑基元都是Zr6簇和H4TBApy配體。在合成納米NU-901的過程中混合加入LB半配體可以成功地往scu拓撲中引入csq拓撲，合成具有混合微介孔的MOSS材料。MOSS材料的微介孔比例可以通過調節合成過程中加入LB半配體的比例有效調控。從HAADF的表征可以看出，當加入較少的LB時，MOSS-1中存在的介孔較少，材料的結構更接近純微孔的NU-901。隨著合成過程中LB比例的增加，從MOSS-1到MOSS-3，材料中的介孔比例明顯增多。而當繼續加入LB時，從MOSS-3到MOSS-6，材料中的介孔比例開始下降。

MOSS材料和其對應的單拓撲材料NU-1000和NU-901都被制備成毛細管氣相色譜固定相用于分離各種異構體。從分離結果可以看出，MOSS材料的分離能力明顯優于NU-901和NU-1000，這是由于MOSS材料很好地平衡了分析物本身的動力學擴散以及和孔道之間的熱力學相互作用。此外，在分離二甲苯異構體時，MOSS對p-xylene展現出了獨特的分離選擇性。p-xylene由于尺寸較小，與o-xylene和m-xylene相比更容易進入NU-901的微孔中，與孔壁發生強相互作用，因此在NU-901柱上表現出最長時間的保留。在具有非常大量介孔的NU-1000柱中p-xylene受到的作用力最弱，擴散地最快，因此表現出最短時間的保留。而MOSS材料由于較好地平衡了熱力學相互作用和動力學擴散，p-xylene表現的出峰時間介于o-xylene和m-xylene之間。

該體系證實了平衡分析物本身的動力學擴散以及和孔道之間的熱力學相互作用是提高材料色譜分離能力的關鍵，為合成新型高效的多孔材料固定相提供了新的思路。

南京師范大學化科院講師徐銘是該論文的第一作者，南京師范大學碩士研究生孟莎莎和美國Texas A&M University博士研究生蔡沛宇是該論文的共同第一作者。南京師范大學古志遠教授和美國Texas A&M University周宏才教授為通訊作者。南京師范大學為第一通訊單位。