金属-有机骨架（metal-organic framework, MOF，也称为多孔配位聚合物）作为一种新型的多孔晶体材料，具有比表面积大、孔径可调变、拓扑结构多样性和化学组成丰富等特性，有望在膜分离领域展现出巨大的应用前景。本次 2025（第四届）中国国际气体分离产业大会 也特别设立了 MOFs材料大规模制备及应用专题，针对材料研发及结构调控、工艺放大及大规模工业化制备、应用进行全面探讨。
MOF膜制备过程中极易产生缺陷（晶间缺陷和晶格缺陷），尤其是原子尺度晶格缺陷（团簇缺失与配体缺失）的存在，限制了其广泛应用。如何消除原子尺度晶格缺陷构筑具有完美晶格孔的MOF膜仍然面临着巨大挑战。长期以来一直未能取得突破。
为此，南京工业大学金万勤教授团队与南京大学数学系吕勇教授、沙特阿卜杜拉国王科技大学韩宇教授团队等多方合作，受几何学中的球致密堆积问题启发，提出了高概率理论配位策略，通过控制膜合成条件增加有机配体和金属团簇间的碰撞概率，构筑了无晶格缺陷的Zr-MOF分离膜。随后利用超低剂量高分辨电子显微成像技术，首次直接观察到MOF膜中的晶格缺陷及其被消除后的完美晶格结构。实验结果表明，无晶格缺陷的MOF膜仅允许小于晶格孔的分子快速通过，而大于晶格孔的分子或离子被截留，从而实现了氢气和二氧化碳、水和离子以及甲醇/碳酸二甲酯共沸物高效分离。
受几何学启发提出的高概率理论配位策略，不仅实现了完美晶格孔道的成功构筑及其高效分子尺度分离，还为精确操纵晶格缺陷以调控亚纳米限域空间尺寸及其分子传输提供了新路径。
相关成果以 Eliminating lattice defects in metal–organic framework molecular-sieving membranes 为题发表在国际顶级期刊Nature Materials 上，南京工业大学刘国振副教授为第一作者。
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