单一手性金属-有机框架/高分子复合膜用于高效手性分子分离

来源：X一MOL资讯

原标题：Angew. Chem.：单一手性金属-有机框架/高分子复合膜用于高效手性分子分离

手性分子是指一类与其镜像不能相互重合的具有特殊结构的分子。生物体内的许多天然分子均为手性分子，例如自然界中存在的氨基酸均为L-构型而核糖均为D-构型。组成相同而手性不同的两个分子在生物体内会产生不同，甚至相反的作用。这使得单一手性的分子在生物以及医药领域有着广泛的需求。然而，如何高效分离两组互为手性的分子仍是目前分子筛分研究领域的一大挑战。目前主流的手性分离技术依赖于色谱，但这种方法成本高且耗时。膜分离技术具有效率高，成本低且可规模化等优势，使其在手性分离领域有着广泛的应用前景。

金属-有机框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs）是一类由金属离子或簇与有机配体通过配位键自组装形成的多孔晶体材料。这类材料具有高孔隙率，高比表面积，孔径均一和易修饰等优点。其中，单一手性的MOF在手性分离领域有广泛的应用前景（Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 17130; Adv. Mater., 2019, DOI: 10.1002/adma.201902009），原因在于其含有大量尺寸均一的手性孔道，使其具有潜在的高效拆分手性分子的能力。但是，基于单一手性MOF的手性分离膜却鲜有报道。原因在于难以在基底上合成连续，无缺陷的MOF薄膜，从而难以达到理想的手性拆分效果。

图1. 单一手性金属-有机框架/高分子复合膜

近日，澳大利亚蒙纳士大学的王焕庭教授，张华成博士及其团队首次报道了一种具有高效手性分离性能的单一手性MOF/聚醚砜(PES)复合膜。首先。他们制备了L-组氨酸(L-His)修饰的Al(III)-MIL-53-NH-L-His纳米MOF晶体，然后将其与聚醚砜溶液均匀混合得到铸膜液。最后他们将铸膜液刮涂在玻璃板上，挥发溶剂后即可得到自支撑的单一手性MOF/聚醚砜复合膜。其中，MIL-53-NH-L-His MOF通道上的手性基团作为手性识别的位点，高分子作为支撑体，形成的复合膜结合了MOF的高选择性和高分子材料的柔性等优点。通过实验表明，得到的MIL-53-NH-L-His/PES复合膜可以对手性分子进行高效的筛分。最高的对映异构选择性(ee%)可以达到100%。进一步的研究还证明了其他氨基酸（如L-谷氨酸(L-Glu)）修饰的MOF/PES复合膜(MIL-53-NH-L-Glu/PES)也可以达到类似的手性筛分效果。最重要的是，这种简单易行的制备手性分离膜的方法具有工业化的可能性，并且为制备新型手性分离膜提供了一种新思路。

图2. 单一手性金属-有机框架/高分子复合膜的分离性能

相关工作发表在Angew. Chem. Int. Ed. 上。文章的通讯作者为王焕庭教授和张华成博士；第一作者是蒙纳士大学化工系的博士生陆易志澔。

导师介绍

陆易志澔，2017年于蒙纳士大学和武汉理工大学取得学士学位。2017年加入澳大利亚蒙纳士大学王焕庭教授课题组攻读博士。主要研究领域集中于开发高选择性MOF膜用于手性拆分。

张华成博士，2009年于西安交通大学取得学士学位，2014年于中科院化学所取得博士学位，师从江雷院士。2015年加入澳大利亚蒙纳士大学王焕庭教授课题组从事博士后研究，2017年获得ARC-DECRA青年研究基金，2018年获得ARC-Discovery Project基金，现为蒙纳士大学化工系ARC-DECRA研究员。主要研究领域集中于开发高选择性MOF膜、仿生离子通道、纳米流体器件等用于高效离子、分子筛分。

王焕庭教授，1997年于中国科技大学取得博士学位，之后在美国加州理工大学和加州大学河滨分校从事博士后研究。2004年取得澳洲ARC QEII Fellowship，2010年取得ARC Future Fellowship，现任澳大利亚蒙纳士大学化工系教授，工学院副院长，蒙纳士大学膜创新研究中心（Monash Center for Membrane Innovation）主任，英国皇家学会会士，美国化工学会会士，亚洲大洋洲（Aseania）膜学会理事，获得2019皇家澳大利亚化学会（RACI）化工奖。主要研究领域集中于开发微孔纳米结构及膜材料，用于气体分离、燃料电池、水处理、手性分离、离子输运与分离。