多孔晶体中二氧化碳螺旋机理的揭示

科学家们设计了一种多孔材料，它对二氧化碳的选择性超过了其他气体，并确定了气体在晶体中扩散时的运动。他们发现二氧化碳像螺丝钉一样穿过材料的带电螺旋通道，其速度类似于分子穿过跨膜通道。

许多多孔材料吸收二氧化碳以及其他气体，如氮气和甲烷。然而，从混合气体中实现选择性吸收仍然是一个挑战。现在，一个合作皮耶罗Sozzani而且Angiolina Comotti来自意大利米兰比可卡大学和中国吉林大学的滕本已经着手创造一种对二氧化碳有偏好的分子材料。

研究人员利用了二氧化碳是四极性的事实;氧原子带部分负电荷，而碳原子带部分正电荷。索珊尼解释说:“我们的想法是沿着材料的空腔引入电荷来捕获二氧化碳。”为了实现这一目标，该团队使用高电荷前体来制造多孔有机盐。他们将四面体有机四磺酸盐与线性有机二胺酸盐反应，形成具有三维结构的分子材料。有趣的是，带负电荷和带正电荷的区域被排列成双螺旋电荷，导致气体通过静电电荷通道扩散。

在气体捕获实验中，该小组发现该材料对二氧化碳具有高度选择性，是迄今为止多孔分子材料中二氧化碳/氮选择性最高的材料之一。这种选择性源于通道中舒适的一维孔隙和互补的静电。“通道的尺寸对于二氧化碳分子来说是相当特定的，”索珊尼评论道。

意想不到的转变

科学家们使用了固态核磁共振波谱和分子模拟来了解二氧化碳是如何在材料中扩散的。他们发现，二氧化碳在扭曲和跳跃到下一个位点之前，会与通道壁上的一个带电位点相互作用。索珊尼说:“这些通道非常适合二氧化碳的生长，但二氧化碳也可以在通道内从一个地方转移到另一个地方。”“这种运动就像一种螺旋，沿着电荷的螺旋分布;这对我们来说是非常令人兴奋的!”

研究小组发现，通过通道的螺旋动力学以每秒100万步的速度发生，这种行为让人联想到生物通道中的跨膜运输。迈克Zaworotko爱尔兰利默里克大学(University of Limerick)的晶体工程专家约翰?“一般的经验法则是，孔径越窄，动力学越慢;但这里不是这样，”扎沃罗科说。“这种材料有两个非常有趣的特性:相对于其他相关气体，它对二氧化碳的选择性高，动力学快。”绝大多数多孔材料都不具备这两种特性。”

莱恩·巴伯来自南非斯坦陵布什大学的多孔材料专家，对研究人员确定二氧化碳扩散机制印象深刻。他说:“他们已经能够通过调整通道的静电特性，使其与二氧化碳兼容，从而对二氧化碳具有非常高的选择性。”“这是一个很好的演示，展示了如何将固态核磁共振表征与动态模拟结合起来。”

扎沃罗科补充说:“尽管分子多孔材料至少早在1969年就被首次研究过，但说得客气点，它们的研究还不够充分。”“这项工作和其他近期对不同分子多孔材料的研究表明，这种材料正在成为一种重要而多样的多孔材料。”