武科大网讯（通讯员李江江） 近日，化学与化工学院/核磁共振与分子交叉研究院刘志强/郑安民教授团队，在国际知名期刊《Accounts of Chemical Research》上发表了题为“Confinement-Driven Anomalous Behaviors for Diffusion in Zeolites:Mechanisms and Beyond”的综述文章，太阳官网副教授齐记和中科院精密测量院博士后袁家敏为共同第一作者，太阳官网刘志强教授和郑安民教授为共同通讯作者，太阳官网为唯一通讯单位。
研究背景
沸石分子筛因其规整有序的纳米孔道结构，在吸附、分离及多相催化等领域发挥着不可替代的作用。在这些过程中，分子扩散行为往往决定着整体工艺效率的优劣。然而，在纳米限域空间内，分子的扩散通常偏离经典理论预测，呈现出多种反常扩散现象，这给传统认知带来了巨大挑战，也促使研究者重新审视限域扩散的物理本质。
本综述聚焦于本课题组在分子筛限域空间内反常扩散相关的研究，旨在深入揭示此类反常现象的物理化学根源。研究发现，纳米孔道中的分子传输并非单纯源于空间位阻效应，而是多重因素动态耦合作用下的复杂传质结果。这些因素涵盖客体分子间及客体–骨架间的相互作用、分子自身属性（如对称性与柔韧性），以及分子筛结构特征（如孔道拓扑构型、骨架柔性和酸性位分布）等，它们共同调控分子筛限域空间的扩散行为。
主要内容
本综述系统总结了分子筛限域扩散反常行为方面的主要研究发现与核心认识。围绕客体分子特性、分子筛拓扑结构及客体–骨架匹配三类主导机制，揭示了一系列反常扩散现象的内在规律，包括对称性引起的扩散规律变化、长链烷烃的热阻效应、交叉孔道中的分子路径选择性、笼型分子筛的自门控扩散，以及尺寸匹配条件下的悬浮效应及其在一维孔道中拓展形成的类超环高速扩散。此外，还探讨了骨架柔性、非骨架阳离子及酸性位对扩散的非常规调控作用。代表性工作包括：
（1）源于客体分子特性的反常扩散（代表性工作：Nat. Commun. 2025, 16, 2018；PNAS 2021, 118, e2102097118）
（2）源于分子筛拓扑结构的反常扩散（代表性工作：J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 6126−6136；Sci. Adv. 2021, 7, eabf0775）
（3）源于客体–骨架尺寸匹配的反常扩散（代表性工作：Nat. Commun. 2023, 14, 1735）
整体研究表明，扩散行为并非由单一因素决定，而是多种竞争机制在特定温度、负载量或尺寸匹配条件下相互竞争的结果；当主导因子发生突变时，即可产生反直觉的非单调扩散趋势。这一认识不仅深化了对纳米限域传质本质的理解，也为揭示静态结构与动态功能之间的内在关联提供了新视角。
展望
尽管本在分子筛限域扩散反常行为方面取得了系统认识，但未来仍面临若干关键挑战。首先，需发展高时空分辨实验技术（如PFG-NMR、QENS等）以直接验证理论预测，并与多尺度模拟及机器学习深度结合，从微观和宏观角度揭示反常扩散机制。其次，应深入探索骨架柔性/呼吸效应对扩散的动态调控作用，在近原位环境下构建“结构–扩散–性能”定量关联，以指导高效分离与催化材料的理性设计。此外，本研究所揭示的扩散调控原理有望拓展至MOFs、COFs等其它限域体系。总之，阐明反常扩散成因不仅夯实了限域传质理论基础，也为数据驱动下新一代多孔材料的设计开辟了新途径。
文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.accounts.6c00154
