化学家们引入了一种新型的多孔材料，具有成本效益和环保特性。
气体分离在多个行业中扮演着关键角色，无论是提取用于医疗目的的氮气和氧气，还是在工业过程中捕获二氧化碳或进行气体净化。
分离气体可能是一个繁琐且昂贵的过程。科罗拉多大学博尔德分校的化学教授魏张强调了传统方法中存在的挑战，比如将空气冷却到极低的温度来液化氧气和氮气，使得这一过程耗能且成本高昂。
通常，气体分离依赖于允许气体通过并被分开的多孔材料。然而，现有的多孔材料通常是针对特定气体设计的，限制了其多样性。
发表在《科学》杂志上的一项最新研究显示，张及其团队开发了一种新型的灵活多孔材料，可以容纳和分离多种气体。该材料由常见资源制成，将刚性和灵活性结合，以促进气体分离，同时显著降低能耗，旨在实现可扩展性和可持续发展。
增强灵活性
传统的气体分离材料通常是刚性的，并且是根据特定气体的亲和性量身定制的。这些刚性材料有效地定义了气体分离的孔隙，但由于分子大小不同，限制了通过的气体的多样性。
在他们的研究中，张及其团队创新性地设计了一种多孔材料，其连接节点中包含一个灵活的元素，使得原本刚性的结构具备了灵活性。这种灵活性使得分子连接物能够振荡，改变孔径大小，从而容纳多种气体。
张解释道：“在室温下，灵活的连接物保持稳定，允许大多数气体进入。当我们提高温度时，连接物的振荡增加，缩小孔径，防止较大的气体渗透。最终，只有最小的气体——氢气，能在较高温度下通过。”
新开发的材料类似于沸石，这是一种晶体多孔材料，通常由硅、铝和氧组成。该材料具有类似于蜂窝结构的高度有序孔隙，具有自我修正特性，这在其设计中采用了硼氧键机制。
通过利用动态共价化学，专注于硼氧键的可逆性，研究人员实现了一个结构有序的框架，展示了可调性和适应性。
可持续的方式
虽然最初开发多孔材料在理解其结构上面临挑战，但团队最终取得了突破。他们强调要在材料的开发中实现可扩展性，以满足潜在的工业应用。
研究人员已为该材料申请了专利，并通过实验不同的建筑块材料来探索进一步的途径。张设想与工程专家合作，将该材料纳入基于膜的解决方案中，从而在长远来看提供更可持续的替代方案。
张强调：“我们的目标是推动技术以可持续的方式满足工业需求。基于膜的分离有望减少能耗，并提供更环保的解决方案。”
