化学工学：正確な分子ふるいのための極薄膜内の大環状化合物が整列した細孔

高分子膜は、脱塩、有機溶媒のナノ濾過、原油の分留などの分離過程に広く使われている。それにもかかわらず、高分子中の不明瞭な空隙の分子ゆらぎのため、サブナノメートルの細孔の直接的な証拠や、そのサイズを操作する実現可能な方法は、まだ難題である。固有の空洞を持つ大環状化合物であれば、この難題に対処できる可能性がある。しかし、官能化されていない大環状化合物は反応性を区別できず、無秩序に充填されて数百ナノメートル厚の膜になる傾向があり、空洞の相互接続や貫通孔の形成が妨げられる。今回我々は、選択的に官能化して反応性を分けた大環状化合物を合成し、これらを優先的に配向させて極薄ナノ膜を貫通する明瞭な孔を形成した。この秩序構造は、ナノ膜の厚さを数ナノメートルまで薄くすることでさらに改善された。この配向した構成によって、ナノ膜表面のサブナノメートルの大環状化合物の細孔の直接可視化が可能になり、大環状化合物の固有性を変えることで、そのサイズがオングストロームの精度で調整された。配向した大環状化合物の膜では、無秩序な膜と比べて、2倍のメタノール透過率とより高い選択性が得られた。また、カンナビジオール油の濃縮で今回例示されているように、この膜を価値の高い分離に使用すると、最先端の市販膜に比べて1桁速いエタノール輸送と3倍高い濃縮が実現された。今回の手法は、高分子膜にサブナノメートルのチャネルを形成する実現可能な戦略をもたらし、正確な分子分離を行える可能性を実証している。

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