通过原位转化：同一超分子框架制成不同类型多孔液体

含有微小隐蔽空间的液体

想象一种像油一样流动的液体，但内部隐匿着无数微小的空房间。这类“多孔液体”比普通液体能更有效地吸收诸如二氧化碳等气体，为减少温室气体排放和更高效地储存化学物质提供了新工具。本研究展示了如何仅通过改变周围的类盐状流体，就能从同一样起始材料制备出两种截然不同的这种非凡液体。

像拼接的构件一样结合的构筑单元

研究者从一个超分子框架出发，这是一种由金属—有机笼体构成的固体，像三维拼图块一样相互“咔嗒”结合。每个笼体都是带有小三角形开口、通向内部空腔的空心簇。通过相对较弱的离子键将这些笼体联结成更大的框架，类似于食盐中带电粒子之间的吸引力。由于这些键容易被破坏，如果将该结构置于合适的液体环境中，整个结构就可以被重排。

两种液体，两种结果

为了控制框架的演变，团队设计了两种几乎相同的离子液体，基于柔性的聚乙二醇链。唯一的差别在于负电荷的配对离子：一种液体携带溴离子，另一种携带体积更大的NTf2离子。尽管差别很小，但二者的行为却截然相反。在溴化物液体中，溶剂上的负电荷强烈吸引带正电的框架，拉开离子键使单个笼体脱离并完全溶解，从而形成“II型”多孔液体——孤立的空心笼体悬浮在液中。在NTf2液体中，溶剂和框架表面均带正电，因此相互排斥。框架保持完整但均匀分散，形成“III型”多孔液体，其中固体颗粒悬浮于液体中，同时仍然产生可进入的空腔。

微小空腔如何捕获气体

实验和计算机模拟证实，在两种液体中，体积庞大的溶剂分子都太大，无法从笼体的窗孔挤入，因此内部房间保持空置，随时可容纳气体分子。正电子寿命测量对纳米尺度空隙敏感，结果显示两种液体的自由体积都比其纯溶剂更多。模拟进一步揭示了“外部空腔”——当溶剂分子在每个笼体周围堆积时出现的额外缝隙。这些额外空间像额外的储物格一样容纳气体。II型液体中，单个分离的笼体被溶剂环绕，形成的外部空腔比III型液体中笼体聚集形成的情况更多。

用于碳捕集的光开关

一个关键特性是笼体壁包含偶氮苯单元，这类分子在紫外或可见光照射下会改变构象。在紫外光下，它们弯曲，微妙地收缩或重塑空腔；在可见光下，它们又伸直回复。对于更自由移动的II型液体，这种形变尤为高效，导致液体对二氧化碳的吸附量发生大幅可逆变化。在低温和适度压力下，基于溴离子的II型液体储存的二氧化碳量是其III型同类的两倍以上，且显著高于纯溶剂。与先前报道的所有II型多孔液体相比，它也显示出创纪录的高容量，同时仍然优先吸收二氧化碳而非氮气和甲烷。

这对更清洁气体有何意义

通过精细调控多孔框架与其周围离子液体之间的电性相互作用，研究者展示了一种通用配方，能够用相同构件制得截然不同的多孔液体。一种路径产生溶解的笼体，具有卓越的气体容量和强烈的光驱动可控性；另一种则保留延伸框架，性能虽较温和但仍有提升。该方法有望帮助工程师设计可定制、可开关的液体，用于从混合气流中捕获二氧化碳及其他分离过程，将液体的易加工性与多孔固体的储存能力结合起来。

引用: Liu, Y., Jin, HY., Li, MM. et al. From the same supramolecular framework to distinct types of porous liquids via in-situ transformation. Nat Commun 17, 3072 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69837-8

关键词: 多孔液体, 二氧化碳捕集, 离子液体, 气体分离, 光响应材料