在石化工業(yè)中，乙炔（C2H2）的高效分離純化始終是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的科學(xué)難題，主要是源于其與二氧化碳（CO2）和乙烯（C2H4）具有相似的物理化學(xué)性質(zhì)。金屬有機(jī)框架（MOFs）因其可調(diào)控的孔結(jié)構(gòu)和功能化表面，在氣體分離領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，但已報(bào)道的對C2H2具有吸附分離能力的MOFs通常存在吸附容量和選擇性難以兼顧的矛盾。而孔隙空間分配（PSP）策略可通過調(diào)控孔尺寸和增加客體結(jié)合位點(diǎn)密度，以提高特定的氣體吸附能力及選擇性。
圖1. 采用“2D→3D互鎖”策略構(gòu)筑PSP MOF以解決C2H2吸附量和選擇性之間的矛盾。 近日，西北大學(xué)的楊國平教授、王堯宇教授和三峽大學(xué)的李東升教授合作，首次采用“2D→3D互鎖”策略成功構(gòu)建了一種新型的PSP MOF材料Ni-dcpp-bpy。其通過主體框架互鎖實(shí)現(xiàn)了孔徑優(yōu)化，同時(shí)在孔表面成功引入了功能N/O位點(diǎn)，這一特點(diǎn)有助于增強(qiáng)框架與C2H2的相互作用。 氣體吸附分離實(shí)驗(yàn)表明，相比于傳統(tǒng)的PSP MOFs，Ni-dcpp-bpy同時(shí)表現(xiàn)出良好的C2H2吸附能力和高的選擇性，并且能夠從二元和三元混合氣體中實(shí)現(xiàn)高純度C2H4（> 99.9%）分離的同時(shí)獲得高生產(chǎn)率C2H2。此外，宏量制備的Ni-dcpp-bpy在經(jīng)過20次C2H2/CO2分離循環(huán)后，仍能保持框架穩(wěn)定，證明其還具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、可重復(fù)使用性和工業(yè)化應(yīng)用前景。理論計(jì)算表明，C2H2與框架之間主要通過C?H···N/O氫鍵以及范德華力等相互作用。 綜上所述，該工作采用的互鎖策略不僅提高了工業(yè)C2H2純化的效率，也為構(gòu)建高性能PSP MOF材料提供了一種新的思路。 圖2. (a) C2H2、CO2、C2H4和CH4的吸附曲線；(b) Ni-dcpp-bpy對不同氣體混合物的選擇性；(c-f) 不同比例混合物的分離曲線；(g) 不同氣體分子在Ni-dcpp-bpy中的位置模擬及結(jié)合能。 論文信息 A Scalable Pore-space-partitioned Metal-organic Framework Powered by Polycatenation Strategy for Efficient Acetylene Purification Zhen-Hua Guo, Dr. Xue-Qian Wu, Prof.?Dr. Ya-Pan Wu, Prof.?Dr. Dong-Sheng Li, Prof.?Dr. Guo-Ping Yang, Prof.?Dr. Yao-Yu Wang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202421992
