沸石是最重要的多孔材料之一,被廣泛使用于石油化工、水處理等國民生產領域。通過控制沸石框架中的Si/Al比例,可以精細調節(jié)其吸附性能。絕大多數的沸石具有較小的孔徑和極高的親水性。由金屬離子和有機配體通過配位鍵連接而成的晶態(tài)多孔配位聚合物具有高度有序、密度低、孔洞率高、比表面積大、易于設計和結構可調等特點,是一種具有潛在應用價值的新型材料。利用咪唑型橋聯(lián)配體和四面體配位金屬離子,可以模擬沸石中的氧原子和Si/Al原子,獲得沸石型多孔配位聚合物(Huang XC, Lin YY, Zhang JP, Chen XM, Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 1557; Zhang JP, Chen XM, Chem. Commun. 2006, 1689)。
中山大學化學與化學工程學院張杰鵬課題組利用非配位氮原子對吸附的活性作用(Lin JB, Zhang JP, Chen XM, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 6654),合成了一個基于三氮唑,具有暴露在孔表面的非配位氮原子的沸石型多孔配位聚合物,其氣體吸附性能比基于咪唑的同構材料提高一倍以上,對水的吸附性能則提高超過100倍,且對水的吸/脫附基本發(fā)生在中等濕度,意味著既容易吸附大量水,也容易將其完全脫附,尤其有利于低品質熱源的回收或利用(如太陽能吸附制冷)。沸石等常規(guī)多孔材料雖可輕易吸附大量水,卻極難脫附。參考無機材料(如沸石)的固溶體結構,他們還控制咪唑和三氮唑的摻雜比例,精細調節(jié)了材料對水吸附的突躍壓力,可用于不同類型的低品質熱源。
該工作發(fā)表于《先進材料》(Zhang JP, Zhu AX, Lin RB, Qi XL, Chen XM, Adv. Mater. 2011, 23, 1268),題為《Pore Surface Tailored SOD-Type Metal-Organic Zeolites》