近日，我校化科院古志远教授课题组在分级多孔金属有机框架材料的气体分离领域取得重要研究进展。相关成果以“Eliminating the negative pore synergy in hierarchical porous metal-organic frameworks for isomer separation”为题发表在《Nature Communications》上。文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-69971-3。

分级多孔金属-有机框架（MOFs）因同时具备微孔与介孔结构，被广泛认为能够兼顾分子选择性识别与快速传质，在气体吸附与分离领域展现出巨大潜力。然而，当不同尺度孔道之间过度连通时，分子并不会沿最优路径扩散，反而会在孔道之间频繁“穿梭”，形成非定向扩散行为，导致扩散紊乱、有效扩散路径延长、传质效率下降，进而削弱分离选择性，引发“孔道负协同”效应。针对这一问题，研究团队以具有csq拓扑结构的PCN-608为模型，首次系统研究了分子在微孔与介孔之间的跨孔道迁移行为及其引发的“孔道负协同”效应，并创新性地提出“孤立功能性孔道”的设计策略。利用PCN-608六边形介孔与三角形微孔连接窗口处的Zr₆簇的开放金属位点，精准引入BDC或NH2BDC配体，实现对孔道连通性的分子级调控。这一结构设计在保留原有孔道结构的同时有效阻断了分子的跨孔道迁移，使分子扩散由多路径混乱穿梭转变为定向传输。实验与分子模拟结果一致表明，改性材料PCN-608-BDC中二甲苯异构体的扩散系数显著提升，高达原始材料的8-13倍。在实际应用层面，团队将该材料作为气相色谱固定相和穿透吸附剂用于分离二甲苯异构体，均展现出优异的异构体分离性能。其中，在气相色谱分离方面，PCN-608-BDC色谱柱的间二甲苯/邻二甲苯分离度以及对二甲苯/邻二甲苯分离度均是报道时的最高值。同时，该色谱柱在频繁使用16个月之后，仍然能保持原有的分离性能。此外，该策略在另一典型MOF体系NU-1000中同样获得成功验证，展现出良好的普适性。

我校食品院博士（化科院2023级硕士）刘佳佳为论文第一作者，化科院徐铭副教授为共同第一作者，古志远教授为唯一通讯作者。南京师范大学为唯一通讯单位，本研究得到国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等项目的支持。