核能在保證能源供應(yīng)安全、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)等方面發(fā)揮著不可替代的戰(zhàn)略作用，而核廢料（如放射性碘污染物）的回收引起了全球性的關(guān)注。因此，明確放射性元素吸附位點，理解吸附作用機制具有重要的科學(xué)意義。中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學(xué)國家重點實驗室張健研究員和青促會會員方偉慧研究員等人報道了一系列應(yīng)用于碘吸附的介孔鋁氧分子籠（圖1）。
在該工作中，研究人員首次將吡唑熱合成方法引入到鋁氧團簇的制備（圖2），利用吡唑類衍生物與羧酸配體得到了一系列Al8鋁氧分子環(huán)（AlOC-15-AlOC-25）。通過對外圍有機配體類型的調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)宏觀帶隙和表面潤濕性的調(diào)控。有趣的是通過結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑的引入，鋁氧分子環(huán)的堆積形式從納米管轉(zhuǎn)變?yōu)轭?/span>γ-CD-MOF超分子納米籠結(jié)構(gòu)（AlOC-26-NC到AlOC-29-NC）。這類超分子納米籠化合物同時具有介孔（21.19 Å）和微孔孔道（7.8 Å）。
超分子納米籠不僅可以宏量制備而且具有很好的熱穩(wěn)定性。碘蒸氣吸附實驗表明這類超分子納米籠具有較好的碘吸附性能（50.3 wt %）（圖3）。重要的是研究人員通過單晶X射線衍射明確了碘分子的吸附位點：碘分子在I…π（4.72 Å和3.81 Å）作用力下有序地排列在超分子納米籠的微孔孔道中。每個超分子納米籠被24個碘分子所占據(jù)，這與碘吸附實驗中的數(shù)據(jù)以及熱重分析數(shù)據(jù)吻合。該類碘吸附超分子納米籠可以循環(huán)使用。材料AlOC-22（納米管）和AlOC-26-NC（納米籠）是一對同分異構(gòu)體。它們有著相同的分子式卻截然不同的碘吸附行為，這與它們的結(jié)構(gòu)類型密切相關(guān)。
這項研究采用配位延遲水解策略成功實現(xiàn)了介孔超分子鋁氧納米籠的組裝，并從分子層面幫助理解構(gòu)效關(guān)系。該項成果不僅幫助人們清晰認(rèn)識碘吸附位點和機制，同時也將促進(jìn)鋁分子環(huán)作為吸附劑在捕獲和儲存裂變產(chǎn)物氣體中的應(yīng)用。
本成果得到了中國科學(xué)院創(chuàng)新促進(jìn)會人才項目（2017345）的資助。來自中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所的青促會會員方偉慧是該論文的共同通訊作者。相關(guān)工作發(fā)表于Journal of the American Chemical Society（DOI：10.1021/jacs.0c11778）。
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