在具有里程碑意義的論文《大孔結晶聚酰亞胺共價有機聚合物的設計合成》中(發表于7月23日的國際科學期刊《自然通訊》)，嚴教授的研究小組描述了一種新的方法來制備有機分子篩材料。
美國特拉華大學的研究員嚴玉山在《自然通訊》期刊中發表了合成有機的分子篩材料的一個重要進展。
嚴玉山教授是美國特拉華大學的一名杰出工程教授。由于在使用納米材料去解決能源工程、環境可持續發展和電子轉移等方面的重要工作，他被大家廣為熟知。
他早期的研究工作重點放在無機分子篩材料（具有規則晶體結構的多孔巖石）上。在原子尺度上，分子篩的孔道尺寸能夠被精確地確定，從而可以分離尺寸差異不到一埃的分子（一埃等于十分之一納米）。這使得它們作為分子篩分材料在化學和石油工業的分離和催化過程中有著巨大的應用。
在具有里程碑意義的論文《大孔結晶聚酰亞胺共價有機聚合物的設計合成》中（發表于7月23日的國際科學期刊《自然通訊》），嚴教授的研究小組描述了一種新的方法來制備有機分子篩材料。
“制備有機的分子篩材料一直是大家的夢想。如果你可以合成出有機的分子篩材料，你可以做出更多和具有更好的催化和分離功能的研究。這為之前被認為不可能的應用開啟了一扇新的大門。”他說。
傳統上，分子篩主要來自像氧化硅或氧化鋁這類無機材料。在過去的幾年中，嚴教授專注于把分子篩與其主要成分是碳、氧、氫或氮的有機聚合物結合起來。
對于制備有機的分子篩材料，也稱為結晶多孔聚合物，最大的挑戰是這些有機聚合物更容易形成無定形的材料，即它們通常不會呈現出一個規則的晶體結構。
嚴教授解釋道，將這些聚合物轉變成結晶材料是困難的，因為它需要一個可逆的反應過程。通常，在相同的分子（或單體）間一旦發生反應，不可逆的過程就已經形成。與此同時，非結晶的聚合物被合成了出來。
“想想蓋房子，如果當建造者將一個金屬材料放到另一個金屬材料上時，它們立即粘在了一起。由于不能進行合理的調整，這將使施工難度變得很大。同樣地，分子在第一次接觸時并不總是完美地結合，他們可能需要分離、調整和重新連接以達到理想的結構。如果反應是不可逆的，分子將可能停留在一個不理想的位置上。”他說。
通過使用具有低溶解度的混合溶劑，嚴教授的研究小組發現了一種方法來減緩聚合物的內在反應，從而使它變成一種可逆的過程。同時，降低溫度來減緩分子的反應活性并延長了反應時間，從而使分子在連接前能夠適當地調整其取向。
其結果是制備出具有大孔徑、高比表面積（2346平方米（等效于近半個橄欖球場的面積）/克）和優良的熱穩定性（530℃）的結晶多孔材料。
根據嚴教授的估計，該工作中的新技術和新材料將可以應用在化學生產中的催化和分離以及烴能源轉化上。他也看到有機分子篩材料在能源研究方面的應用潛力，特別是在膜的發展、燃料電池和液流電池的應用方面。
“在膜結構中使用有機分子篩自然會降低分離的成本，我想利用這一發現在膜的發展中提出一個全新的概念。” 嚴教授說。
該論文的研究人員還包括美國特拉華大學的方千榮、顧爽、羅伯特·卡斯帕、王俊華、鄭潔、莊仲斌以及中國吉林大學的裘式綸教授。
嚴玉山教授簡介：
嚴玉山教授于2011年作為杰出的工程教授加入美國特拉華大學的工程學院，他隸屬于化學與生物分子工程系、催化科學與技術中心和特拉華大學能源研究所（UDEI）。
在加入特拉華大學之前，嚴教授是美國加州大學河濱分校的化工系主任。在那里，他的研究小組首次將分子篩薄膜材料應用于半導體和航空航天中，并開發出新材料用于燃料電池、能源儲能和太陽能制氫等領域。
作為一名美國科學促進會的會員，嚴教授目前的研究主要集中在電化學能量轉換裝置的開發，包括燃料電池、電解槽、太陽能制氫和液流電池。特別是他的研究小組已經在探索新的燃料電池催化劑和膜，用以降低成本及提高電池的使用壽命上取得了顯著的進展。
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