面向难分离体系的新型多孔材料的设计方法与制备查看源代码讨论查看历史
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面向难分离体系的新型多孔材料的设计方法与制备本项目属化工热力学学科。化工过程涉及诸多难分离体系，要求在纳米尺度上精确控制材料的结构和微环境，对化工热力学[1]和材料设计方法提出了挑战。
技术原理、技术要点
本项目针对难分离体系的特点，以金属-有机骨架材料（MOFs）和共价有机骨架材料（COFs）两类新型纳米多孔材料为对象，通过系统的概念创新和构效关系研究，及材料基因组学方法建立，形成了面向难分离化工体系的新型多孔材料的设计方法，拓展了化工热力学的应用范围，促进了由“经验指导实验”的化工材料研发模式，向“理论预测，实验验证”的新研发模式的转变。
主要研究内容与科学发现如下
（1）通过概念创新，更好地揭示了MOF/COF材料分离性能的构效关系。本项目提出并建立了“吸附度”新概念，在此基础上实现了MOF/COF材料的结构与分离性能的定量关联，并提出了“吸附度差越大，分离性能越好的”的纳米多孔材料设计策略，在此指导下成功地设计并合成了多种新MOFs。目前该新概念已被广泛用于建立构效关系，对面向难分离体系的新MOF/COF材料的设计，具有重要的指导意义。
（2）建立了MOF/COF的材料基因组学方法，极大地提高了难分离体系的新材料设计效率，促进了化工新材料研发模式的转变。本项目提出了仿生划分材料基因组的学术思想，建立了原子尺度的“基于键连接性”的材料原子电荷基因组方法（CBAC），分子尺度的“仿化学反应”的材料结构基因组方法和材料性能高通量计算方法。所开发的CBAC方法发表后，已被11国的40余研究组使用与扩展，成为目前使用最广的方法之一，及后续新方法的比较对象。建立了包含136种原子片段的材料骨架电荷基因库、包含319种材料结构基因片段的材料基因库和包含80余万材料的新材料[2]数据库。相关研究形成了从材料基因划分方法建立、基因库构建，到材料组装与筛选算法建立的完整材料基因组学方法，促进了基于材料基因组学的“理论预测，实验验证”的材料研发新模式的发展。
（3）发挥化工学科优势，开展了面向实际应用的新材料定向设计与制备研究。
与中国工程物理研究院二所合作，针对氢同位素分离，进行了MOF材料基因组学筛选与制备研究，获得了20 K下目前选择性最好的MOF材料；与中石化抚顺石油化工研究院合作，针对套管气回收、油田伴生气回收等工业过程，进行了MOF材料的基因组学筛选与规模化制备研究，促进了MOF材料的实际应用；提出了提高传质性能的 “动力学模板剂”多级孔MOF 制备方法和用于变温分离的温敏MOF制备方法等。 本项目通过概念创新、方法创新与模式创新的集成创新研究，扩展了热力学学科的研究内涵，促进了我国化工新材料研发模式的转变。