调控COFs孔壁电荷优化P507萃取性能：高效分离Yb3+/Lu3+用于无载体177Lu制备

为解决无载体177Lu生产中Yb3+/Lu3+分离难题，研究人员通过调控共价有机框架（COFs）孔壁电荷特性，系统研究了载体-萃取剂（P507）主客体相互作用机制。研究发现，电子给体基团修饰的ZZCOF-3@P507复合材料对177Lu回收率高达96.1%，为医用放射性核素分离材料设计提供了新范式。

　　

在精准医疗时代，放射性核素¹⁷⁷Lu因其理想的衰变特性成为肿瘤靶向治疗明星同位素，其临床需求激增与制备瓶颈形成尖锐矛盾。传统¹⁷⁶Yb辐照法产生的¹⁷⁷Lu需与化学性质近乎"双胞胎"的Yb³⁺分离（离子半径差<0.01?），这一"原子级"分离难题长期制约无载体¹⁷⁷Lu（NCA ¹⁷⁷Lu）的规模化生产。现有萃取色谱材料面临两大困境：萃取剂修饰依赖繁琐有机合成，载体材料普遍存在辐射稳定性差、孔道不均等问题。

四川大学联合核工业西南物理研究院的研究团队另辟蹊径，提出通过调控载体电子效应优化萃取性能的创新策略。他们选择具有"分子设计乐高"特性的共价有机框架（COFs）作为理想平台，通过精确修饰孔壁电荷环境来操控其与经典萃取剂P507的相互作用。研究成果发表于《Separation and Purification Technology》，为医用同位素分离材料设计开辟新路径。

研究团队采用三大关键技术：1）通过Povarov反应（氮杂狄尔斯-阿尔德环化）构建喹啉键联COFs，实现-F、-H、-OCH₃等不同电子效应基团的精准修饰；2）结合分子动力学模拟与密度泛函理论（DFT）计算，阐明孔道微环境对P507构象的调控机制；3）建立放射性核素分离效能评价体系，在模拟实际生产条件下测试材料性能。

【材料合成】
通过两步法成功制备结晶度高、孔隙率优异的ZZCOFs系列材料。红外光谱与固态¹³C NMR证实喹啉结构形成，PXRD显示其保持良好结晶性，氮吸附测试比表面积达980 m²/g。电化学测试显示-OCH₃修饰的ZZCOF-3孔壁电子云密度显著增强。

【主客体相互作用】
DFT计算揭示关键机制：电子给体基团（-OCH₃）使COF骨架与P507磷酸基团结合能降低23.8 kcal/mol，促使萃取剂采取更开放的构象；而电子受体基团（-F）导致P507分子蜷缩，有效结合位点减少52%。分子动力学模拟显示ZZCOF-3孔道内P507的末端乙基基团旋转自由度提升3倍。

【分离性能】
在pH 2.5的模拟放射性料液条件下，ZZCOF-3@P507对Lu³⁺的分配系数达487，Yb/Lu分离因子α=2.17，较传统材料提升148%。动态柱实验显示¹⁷⁷Lu回收率96.1%，放射性纯度>99.9%，经5次循环后性能保持率>90%。

该研究突破传统"合成-筛选"的材料开发模式，首创通过载体电子效应调控萃取剂性能的策略。不仅为NCA ¹⁷⁷Lu生产提供高效解决方案，更创立了"载体工程"这一分离材料设计新范式。理论计算与实验验证相结合的方法，为研究多相体系中主客体相互作用提供了普适性研究框架。团队开发的电子效应调控技术可拓展至其他镧系/锕系元素分离体系，在核燃料循环、稀土提纯等领域具有广阔应用前景。