構筑完美MOF晶格孔，科學家提供了一個優雅的策略

南京工業大學教授金萬勤團隊與南京大學數學系呂勇教授、沙特阿卜杜拉國王科技大學韓宇教授團隊等，發現幾何學中的球致密堆積問題（也被稱為世紀著名的“吻數Kissing Number”問題，早在17世紀科學家開普勒和牛頓相繼提出），可用于指導構筑完美的MOF晶格及其分離膜。5月11日，《自然—材料》在線發表了這一研究成果。

分子/離子的分離在能源、環境、 水資源、化工等領域占有舉足輕重的地位，膜技術作為一種高效節能的分離技術在其中發揮至關重要的作用。其中，金屬有機骨架（MOF）是新一代分子篩膜材料，然而制備具有完美晶格孔的MOF膜仍然面臨著巨大挑戰，長期以來一直未能取得突破。

金萬勤團隊與合作伙伴建立了預測晶格缺陷的概率模型，并提出了高概率理論配位策略，通過控制膜合成條件增加有機配體和金屬團簇間的碰撞概率，成功構筑了無晶格缺陷的完美晶體膜結構。

他們利用超低劑量高分辨電子顯微成像技術，首次直接觀察到MOF膜中的晶格缺陷及其被消除后的完美晶格結構。實驗結果表明，無晶格缺陷的MOF膜僅允許小于晶格孔的分子快速通過，而大于晶格孔的分子或離子被截留，從而實現了水和離子的高效分離，以及性能高于文獻報道1-2個數量級的甲醇/碳酸二甲酯共沸物分離，極具工業應用前景。

受幾何學啟發提出的高概率理論配位策略，他們不僅實現了完美晶格孔道的成功構筑及其高效分子尺度分離，還為精確操縱晶格缺陷以調控亞納米限域空間尺寸及其分子傳輸提供了新路徑。該工作也為探索多學科交叉研究創造先進材料提供了范式參考。

澳大利亞亞莫納什大學教授王煥庭該工作進行專文評述。他認為，本研究為消除晶格缺陷提供了一種優雅而有效的策略，也將豐富MOF膜的精確剪裁工具箱，并釋放其用于可持續分離技術的潛力。

據悉，南京工業大學博士后劉國振為第一作者，南京工業大學教授劉公平和金萬勤為共同通訊作者，參與單位有蘇州實驗室、南京大學和沙特阿卜杜拉國王科技大學。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41563-023-01541-0