福建物構所咪唑鎓基共價有機籠碘吸附研究獲進展

　　核能作為清潔、高效的能源形式，在滿足全球日益增長的能源需求以及實現碳中和目標過程中起到重要作用。核燃料后處理以及核事故產生的揮發性和放射性碘同位素（I129、I131）對環境和人類健康造成巨大危害。因此，亟需開發出易于制備、可靠性好且具有較高結合力和吸附量的碘吸附材料。

　　近日，中國科學院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室孫慶福課題組，在咪唑鎓基有機分子籠碘吸附研究取得進展。研究通過一鍋法高效合成了六價陽離子型咪唑鎓基共價分子籠，通過陰離子置換得到具有不同抗衡離子的分子籠材料（Cage·X, X = Cl-, Br-, I-, PF6-）。碘吸附實驗首次揭示了抗衡離子在材料碘吸附性能中的關鍵的調控作用。其中，Cage·Cl表現出超高的碘蒸氣吸附能力（5.89 g g-1, 348 K），而在碘的正己烷溶液中Cage·I表現出超快的碘去除能力（> 99% in 5 min），Cage·PF6則可以快速地吸附水相中的碘（> 99% in 1 min）。不同的碘吸附行為可以歸因于不同抗衡離子的鹵鍵受體能力和分子量的差異。研究通過單晶X射線衍射，在分子水平揭示了分子籠的碘結合模式：碘分子與鹵離子通過鹵鍵形成多碘陰離子，多碘陰離子通過氫鍵、鹵鍵、陰離子···π以及靜電作用等多重非共價相互作用固定在分子籠內部空腔及其網絡之間。

　　與多數報道的電中性吸附劑不同，本工作合成的六價陽離子型咪唑鎓有機籠具有構象自適應性、多孔性以及豐富的電荷密度和多個非共價結合位點，表現出優異的碘吸附能力。本研究在分子水平上揭示了非共價相互作用對分子識別與分離性能的調控規律，拓展了咪唑鎓基分子籠的應用，并為高效碘吸附材料的結構設計提供了新思路。相關成果近期發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。