叶国安/欧阳应根Nature子刊：离子COF高效选择性捕获钍离子

钍（Th）与稀土元素和铀（U）的选择性分离是今后钍核能开发和应用的关键环节。为更好地理解不同N位点对Th(IV)选择性捕获的作用，中国原子能科学研究院叶国安研究员和欧阳应根研究员等人报道了一种离子COF，命名为Py-TFImI-25 COF，以及去离子类似物Py-TFIm-25 COF，两者都具有创纪录的高分离因子，范围在10²到10⁵之间。Py-TFIm-25 COF对Th(IV)的吸收能力和吸附速率明显高于Py-TFImI-25 COF，也优于已报道的大多数吸附剂。

作者研究了Py-TFImI-25 COF和Py-TFIm-25 COF吸附剂在合理N位点上金属阳离子的吸附势能。作者阐明了Th(IV)与Py-TFImI-25 COF的N_-C=N-位点的相互作用机理，并计算了吸附势能。

[Th(OH)₃(H₂O)₄]⁺片段与Py-TFImI-25 COF骨架中的N_-C=N-相互作用，计算出Th-N键距离为2.586 Å。由于吸附部位的位阻作用，在吸附过程中会释放一个H₂O分子。计算的吸附能为-105.5 kcal mol^-1，与溶剂环境下Th(IV)与Py-TFImI-25 COF骨架相互作用的情况相当，表明后续部分使用的金属阳离子模型是合理的。

此外，作者还计算理论金属阳离子与吸附剂之间的吸附位能。不同阳离子的吸附构型相同，所有加合物的ΔE_ads值均为负值，表明Py-TFIm-25 COF上的N_-C=N-和Py-TFIm-25 COF上的N_Im是吸附位点。值得注意的是，Py-TFIm-25 COF上的吸附能绝对值均大于Py-TFImI-25 COF上的相应能，说明Py-TFIm-25 COF在N_Im上对金属阳离子的吸附强度有所提高。

Efficient and selective capture of thorium ions by a covalent organic framework. Nat. Commun., 2023, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-40704-0.