金屬-有機骨架（metal-organic framework, MOF，也稱為多孔配位聚合物）作為一種新型的多孔晶體材料，具有比表面積大、孔徑可調變、拓撲結構多樣性和化學組成豐富等特性，有望在膜分離領域展現出巨大的應用前景。本次 2025（第四屆）中國國際氣體分離產業大會 也特別設立了 MOFs材料大規模制備及應用專題，針對材料研發及結構調控、工藝放大及大規模工業化制備、應用進行全面探討。
MOF膜制備過程中極易產生缺陷（晶間缺陷和晶格缺陷），尤其是原子尺度晶格缺陷（團簇缺失與配體缺失）的存在，限制了其廣泛應用。如何消除原子尺度晶格缺陷構筑具有完美晶格孔的MOF膜仍然面臨著巨大挑戰。長期以來一直未能取得突破。
為此，南京工業大學金萬勤教授團隊與南京大學數學系呂勇教授、沙特阿卜杜拉國王科技大學韓宇教授團隊等多方合作，受幾何學中的球致密堆積問題啟發，提出了高概率理論配位策略，通過控制膜合成條件增加有機配體和金屬團簇間的碰撞概率，構筑了無晶格缺陷的Zr-MOF分離膜。隨后利用超低劑量高分辨電子顯微成像技術，首次直接觀察到MOF膜中的晶格缺陷及其被消除后的完美晶格結構。實驗結果表明，無晶格缺陷的MOF膜僅允許小于晶格孔的分子快速通過，而大于晶格孔的分子或離子被截留，從而實現了氫氣和二氧化碳、水和離子以及甲醇/碳酸二甲酯共沸物高效分離。
受幾何學啟發提出的高概率理論配位策略，不僅實現了完美晶格孔道的成功構筑及其高效分子尺度分離，還為精確操縱晶格缺陷以調控亞納米限域空間尺寸及其分子傳輸提供了新路徑。
相關成果以 Eliminating lattice defects in metal–organic framework molecular-sieving membranes 為題發表在國際頂級期刊Nature Materials 上，南京工業大學劉國振副教授為第一作者。
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