Angew. Chem.：精准孔环境设计实现MOFs高效乙炔存储和分离

乙炔作为最简单的炔烃，是一种非常重要的有机化工基础原料，但其较高的反应活性使得不能在加压液化后贮存或运输。同时在乙炔生产过程中，常含有一些影响乙炔后续使用效益的杂质，如二氧化碳等。由于乙炔和二氧化碳分子的沸点、动力学尺寸和分子极性等性质相似，是目前气体分离的难题之一。金属-有机框架材料（MOFs）作为一种新兴的多孔材料在气体存储与分离领域展现出巨大的潜力。然而，如何突破多孔材料的高吸附容量和高选择性之间的Trade-off效应，设计实现兼具高效乙炔存储和分离性能的MOF材料仍极具挑战。

近日，陕西师范大学翟全国教授（点击查看介绍）课题组采用精准孔道分区策略，同时引入高密度氢键受体，成功构筑了系列兼具优异乙炔存储能力和超高乙炔/二氧化碳分离性能的MOF材料。作者通过对目前已经报道的62种高性能乙炔吸附MOF材料结构和性能之间的对比分析，提出控制MOF材料的孔尺寸在大约5.0-7.5 Å可能是实现兼具乙炔高吸附容量和高选择性的关键。

鉴于此，作者以具有一维通道的经典MOF材料MIL-88为母体框架，在此基础上引入对称性匹配的C₃配体作为孔道分区体，精准设计合成了孔尺寸分别为4.5 Å（SNNU-26）、6.4 Å（SNNU-27）、7.1 Å（SNNU-28）和8.1 Å（SNNU-29）的四类MOF材料。其中，SNNU-27和SNNU-29材料的母体框架为含有四氮唑的线性配体，四氮唑上未配位的氮原子裸露于孔道表面，其作为高密度的氢键受体可增强MOF框架与乙炔分子之间的作用力。

合适的孔尺寸结合孔道中高密度的氢键受体使SNNU-27展现出高的乙炔吸附分离能力。尤其是SNNU-27-Fe材料, 在常温常压下对乙炔的吸附容量可达到182.4 cm³ g^-1，同时乙炔/二氧化碳的穿透分离时间可达91 min g^-1，该结果高于目前报道的绝大多数吸附剂材料。GCMC理论模拟结果进一步证明了合适的孔尺寸和高密度裸露氮位点的协同效应有效提升了MOF材料对乙炔分子的吸附容量和选择性。

该研究工作有效解决了MOF材料对乙炔分子吸附容量和选择性难以兼具的巨大挑战，相关结果对设计合成高性能气体吸附剂材料具有重要的启发意义。

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Precise Pore Space Partition Combined with High-Density Hydrogen-Bonding Acceptor within a Metal-Organic Framework for Highly Efficient Acetylene Storage and Separation

Ying-Ying Xue, Xiao-Ying Bai, Jing Zhang, Ying Wang, Shu-Ni Li, Yu-Cheng Jiang, Man-Cheng Hu, Quan-Guo Zhai*

Angew. Chem. Int. Ed, 2021, DOI: 10.1002/anie.202015861

导师介绍

翟全国

https://www.x-mol.com/university/faculty/12351