【材料】“小空间大作用”——双发射金(I)分子簇磷光材料用于苯−环己烷的分离- 大数跨境

X-MOL资讯

2021-02-28

导读：香港大学任詠华院士团队以双发射磷光多核金(I)分子簇为基本构筑模块，通过多核金(I)分子簇间的氢键作用，获得了一种具有纳米级簇间空间的超分子多级结构，并成功将其应用在苯−环己烷分离方面

环己烷不仅是一种用途广泛的有机溶剂，而且是生产尼龙-6和尼龙-66的重要工业原料，在石油化工产业中发挥着重要作用。生产环己烷最常用的方法是苯催化加氢，这是一个强放热反应，因此在化工应用中难以提高其反应效率和产率。此外，苯和环己烷的沸点非常接近（只有0.6 ℃的差异），基本无法通过传统的分馏方法来分离。常见的工业分离方法是萃取蒸馏和共沸蒸馏，这涉及高能耗和相当复杂的加工工艺。因此，鉴于环己烷对石油化学工业的重要意义，以及苯−环己烷分离所具有的高度挑战性，探索并寻找方法简单、绿色低碳、分离高效的新型苯−环己烷分离材料在基础研究与化工应用方面都具有重大的科学意义。

在金(I)•••金(I)相互作用的支撑下，多核金(I)硫属分子簇具有丰富的构型和结构依赖的光物理性质，近年来已成为金化学中最重要的研究领域之一。这一领域早期的研究大多集中在结构、成键等分子与溶液性质的研究，对其固态、晶态以及功能材料特性等方面研究较少。一般而言，由于缺乏足够的分子间相互作用，分子簇的晶体堆积结构在失去溶剂后会坍塌。因此，通过合理的分子设计，引入合适的分子间相互作用，来构筑稳定的多级结构，并实现这些发光多核金(I)分子簇的功能材料应用，成为这一领域的研究难点。

近日，香港大学任詠华院士团队以双发射磷光多核金(I)分子簇为基本构筑模块，通过多核金(I)分子簇间的氢键作用，获得了一种具有纳米级簇间空间的超分子多级结构（图1），并成功将其应用在苯−环己烷分离方面（图2）。这些富含簇间空隙的金(I)分子簇晶体可由单晶到单晶（Single-Crystal-to-Single-Crystal）的方式，吸附不同的溶剂分子（比如苯和环己烷），并展现出有趣的溶剂响应磷光变化。由于空间尺寸效应，这些金(I)分子簇晶体对苯和环己烷的吸附行为截然不同。进一步的竞争实验表明，在等摩尔的苯−环己烷混合物中，分子簇晶体显示出对苯吸附的高选择性（>95%）。此外，由于分子簇晶体在苯和环己烷中的溶剂响应磷光变化行为，这一吸附和分离过程伴随着显著的发光颜色变化（图2）。

图1. 金(I)分子簇间空隙示意图

图2. 磷光多核金(I)分子簇的多级结构与其溶剂吸附与分离特性

总体而言，该团队利用自下而上（bottom-to-up）的方法，以磷光金(I)分子簇为基本单元，构筑了具有纳米级簇间空间的超分子多级结构，并开创性的应用在苯−环己烷分离材料方面。这是该团队首次证明金(I)分子簇超结构可用于溶剂响应发光材料、溶剂分离材料等方面。当前研究证明了构筑金(I)分子簇多级结构和光功能材料的可行性，为构建新型功能结构与材料提供了重要的策略选择，也为解决苯−环己烷分离这一基础研究与化工应用方面的关键科学问题提供了新的思路。

相关工作近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的通讯作者是香港大学任詠华院士，第一作者是香港大学姚燎原博士。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Dual Emissive Gold(I)–Sulfido Cluster Framework Capable of Benzene–Cyclohexane Separation in the Solid State Accompanied by Luminescence Color Changes

Liao-Yuan Yao, Vivian Wing-Wah Yam*

J. Am. Chem. Soc., 2021, 143, 2558–2566, DOI: 10.1021/jacs.0c11891

导师介绍

任詠华

https://www.x-mol.com/university/faculty/239186

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