吡啶二酰亚胺扩展型间苯二酚[6]芳烃的合成、结构与碘吸附性能研究

研究人员针对环境中碘污染治理难题，设计合成了一种新型大环芳烃——吡啶二酰亚胺扩展型间苯二酚[6]芳烃（1）。单晶结构分析显示其具有螺旋桨状构型，该材料能高效捕获空气中的挥发性碘和水溶液中的I3–离子，兼具快速吸附、高容量和可循环特性，为碘污染水体净化提供了新型固定相材料。

　　

研究背景
随着核工业发展和医疗放射技术广泛应用，环境中放射性碘污染成为全球性挑战。传统吸附材料存在吸附速率慢、容量有限且不可重复利用等问题。大环芳烃因其独特的空腔结构在分子识别领域备受关注，但如何赋予其高效碘捕获能力仍是难题。

研究设计与方法
中国科学院的研究团队通过将吡啶二酰亚胺（Pyromellitic Diimide）单元引入全甲基化间苯二酚[6]芳烃骨架，合成新型大环化合物1。采用单晶X射线衍射解析结构，通过气相吸附实验和液相批次实验分别测试对碘蒸气及I₃^–的吸附性能，并考察循环使用稳定性。

研究结果

1. 结构特征：单晶分析显示1呈现六叶螺旋桨构型，吡啶二酰亚胺单元的平面刚性结构有效扩展了分子空腔。
2. 气相碘吸附：在25°C下对碘蒸气的吸附容量达3.2 g/g，30分钟内捕获率超过90%。
3. 液相碘去除：对水中I₃^–的吸附符合准二级动力学模型，最大吸附量为1.8 mmol/g。
4. 循环性能：经过5次吸附-解吸循环后效率保持95%以上。

结论与意义
该研究首次实现吡啶二酰亚胺与大环芳烃的精准融合，创制的材料1兼具以下优势：（1）多模式吸附机制（空腔包结与电荷转移）；（2）环境适应性（气/液两相适用）；（3）工程化潜力（可填充色谱柱）。发表于《The Journal of Organic Chemistry》的这项成果，为放射性废水处理提供了新型分子设计范式，其固定相应用特性尤其适用于连续流工业化水处理系统。