南京工业大学潘宜昌研究员团队创新提出“分步配位编辑”合成策略，成功攻克了铝基金属有机框架（MOF）膜易长缺陷、难以致密成膜的行业瓶颈，制备出具有一维通道高度垂直取向的铝基MOF膜。相关成果近日发表于《美国化学会志》（JACS）。

金属有机框架材料是一类多孔晶体材料，因孔道精准、结构可调，成为小分子分离的理想材料，在石油化工领域，碳氢同分异构体的分离一直是行业痛点。传统精馏工艺能耗高、效率低，而MOF膜分离凭借分子筛分效应，被视作绿色替代技术。

在众多MOF材料中，铝基MOF因其无毒、成本低、化学稳定性强等优点备受关注。然而，潘宜昌指出，这种材料“性格倔强”——在传统制备过程中，其晶体极易沿垂直方向快速生长，但横向不融合，导致在支撑体上形成一根根“独立的草秆”，晶体间留下大量缺陷缝隙。分子不从预设的孔道通过，反而从这些缝隙泄漏，使得膜的分离功能失效。

对此，团队张利雄教授进一步解释道：“以往的研究者多采用‘修补’思路，试图在棒状晶体间隙填充其他材料，但这不仅工艺复杂，还容易堵塞孔道、降低分离通量。”

为了从根本上解决这一问题，团队另辟蹊径，从结晶动力学寻找突破口。他们发现，铝基MOF结晶速度极快，5分钟就定型长成“竖秆”状，因此，要想控制其形貌，必须在结晶过程的早期诱导期就进行干预。

基于此发现，团队提出分步配位编辑策略：先低温调控，让金属源与配体不完全配位，形成无定型、延展性好的“预配位层”，如同在支撑体上铺上一层连续均匀的“薄膜地基”；再升温诱导，让预配位层内源性结晶，一维孔道同步打开。花敬贤打了开一个比方：“就像先铺满一层胚胎，再让它整体长大，而不是让一个个晶体自己去艰难地‘握手连接’。”这种内生式生长模式，从根源上消除了晶间缺陷，成功实现了通道高度垂直于支撑体的完美取向。

测试结果表明，该取向MOF膜实现了选择性与通量的“双高”突破，在碳六烃异构体分离中性能远超现有文献报道水平。与此同时，团队在复杂的轻石脑油模拟体系中验证，膜可高效富集直链烷烃，精准拦截支链异构体，贴近真实工业工况，这一优势让技术具备显著工业化潜力。

相关论文信息：https://doi.org/10.1021/jacs.6c03494