鑽石舞台

晶界是多晶材料體系中普遍存在的一種面缺陷，由於界面附近三維周期性點陣結構已破壞，導致嚴重的原子錯排和高度的應力集中，使得晶界處化學勢較高。對電輸運而言，晶界勢壘的存在對載流子有顯著的散射效應；對熱輸運而言，晶粒大小（晶界密度）是影響聲子散射馳豫時間的核心參數。由於電子和聲子顯著的波長差異，為解耦電聲輸運提供了可能性。近期研究發現晶界處的無序及應變集中將引起強烈的聲子散射，晶粒細化有效地降低了晶格熱導率進而優化熱電性能(Science, 2008, 320, 634 – 638)。但是晶粒細化引起的晶界勢壘增加，勢必增強對載流子的散射作用而大幅降低載流子遷移率(EnergyEnviron. Sci. 2020, 13, 1250 – 1258)。因此能否最終優化熱電性能，取決於如何調控材料中熱性能與電性能之間的平衡。尤其是，如何實現在不破壞電輸運性能的前提下抑制熱傳導，仍然是熱電領域的核心問題。

針對上述關鍵科學問題，北京師範大學吳立明教授和陳玲教授課題組選取具有電子晶體-聲子玻璃(PGEC)特性的Zintl相化合物InTe為研究對象，首次發現該化合物由晶界散射（GBS）和聲學聲子散射（APS）共同主導的載流子傳輸特性。他們藉助簡化的兩相模型，揭示了該材料中晶界相本徵的電性能和熱性能在調製整體「複合相」熱電性能中所起的作用，合理地解釋了該材料電導率之所以呈現先上升後下降的反常行為。進一步，他們通過GBS+APS混合散射模型確認了GBS在低溫範圍的主導地位，並利用Pisarenko曲線表現出的散射參數依賴關係很好地區分了晶界散射和電離雜質散射兩種不同的機制。基於這些認識，他們利用晶粒粗化策略，消除了InTe材料的GBS，獲得了純淨的APS以及高載流子遷移率。

乙烯是全球最重要的石油化工基礎原料。傳統的蒸汽裂解技術在用於製備乙烯的過程中往往伴隨着乙炔、乙烷等物質的產生。為了獲得聚合級乙烯，工業上需採用催化加氫、低溫精餾等技術依次分離乙炔、乙烷，由此帶來了巨大的生產能耗。近年來，吸附分離作為一種高效節能的氣體純化技術已在乙炔/乙烯、乙烷/乙烯的分離中展現出良好的應用前景。然而，由於C2分子間結構尺寸相似且乙烯的物理化學性質恰好介於乙炔、乙烷之間，直接從乙炔/乙烯/乙烷混合氣中同時脫除乙炔、乙烷仍然是一項巨大的挑戰。

近日，新加坡國立大學張歲團隊提出主客體相互作用與分子形狀匹配耦合的策略，採用一種具有紡錘狀分子籠的雜環超微孔金屬-有機框架材料（MOF）實現了乙烯中乙炔、乙烷的一步高效脫除。該材料含有高密度未配位羰基氧原子以及極性含氮雜環，可分別通過氫鍵、C–H∙∙∙π相互作用優先結合乙炔、乙烷。同時，基於形狀匹配效應，作為立體分子的乙烷相較於乙烯可以更充分地與周圍的雜環接觸，作為線性分子的乙炔則可與位於分子籠角落的氧原子形成強氫鍵，有效促進了C2分子的識別過程。作者通過原位XRD和原位FTIR實驗對氣體在材料孔道中的吸附行為進行了研究。