环境科学与工程学院马杰团队在《物质》上发表“拆积木”式选择性配体裁剪策略，实现运行态极化解耦与极化控制

近日，环境科学与工程学院马杰教授团队在Cell Press出版社旗下期刊《物质》（Matter）上发表题为“Selective ligand-tailoring of metal-organic frameworks for ultrafast electrochemical fluorion capture via polarization double suppression”的研究论文。该研究围绕电化学离子捕获体系中极化过程难以解析与调控这一共性问题，发展了“拆积木”式选择性配体裁剪策略，实现了运行态极化解耦与极化控制，为高效离子分离材料设计提供了新的研究思路。

电化学离子捕获技术因具有低能耗、可再生运行及选择性调控等优势，在水处理、离子分离与资源回收等领域展现出广阔应用前景。然而，这类体系在实现高效、稳定运行过程中，普遍面临界面传荷与离子传输耦合受限的问题。由此引发的极化不仅影响体系运行状态下的能量利用与分离效率，也使材料结构调控与性能提升之间的关系更加复杂。由于极化通常以整体效应形式出现，其形成机制及其与材料结构之间的联系长期缺乏清晰认识。针对这一问题，研究团队提出“拆积木”式选择性配体裁剪策略，对金属有机框架局域配位单元实施定向化学重构，在同一材料体系中同时调节界面电子转移与离子传输过程。裁剪后的PDS-MOF中，局域非对称性增强并提高偶极矩，界面电子转移动力学得到强化；与此同时，孔道微环境调整削弱了离子-孔相互作用，为后续极化控制奠定了材料基础。 

图1、“拆积木”式选择性配体裁剪构建极化双重抑制材料体系

在此基础上，研究进一步对CDI运行过程中的极化行为进行分析，结果表明PDS-MOF可实现运行态极化解耦，并显著降低总极化损失，从而获得快速氟离子捕获性能。进一步研究还表明，选择性配体裁剪引起的电子转移增强与离子传输优化共同作用于界面捕获过程，使局域配位重构、运行态极化变化与离子捕获效能建立起直接联系。该研究说明，极化并非不可解析的整体效应，而是可通过材料结构设计加以识别与调控的运行参数，也为相关策略向其他电化学离子分离与资源回收体系拓展提供了研究基础。 

图2、选择性配体裁剪同步调控界面电子转移、离子传输

环境科学与工程学院2023级博士生张笑晨为论文第一作者，同济大学为论文通讯作者单位，环境科学与工程学院马杰教授为论文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、新疆杰出青年基金和新疆天山创新团队的资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238526001827?dgcid=author