段金贵教授与Kitagawa教授Adv. Funct. Mater.：MOF吸附剂纯化乙烯新进展

乙烯是化工生产中重要的原材料。乙烯（C₂H₄）、乙炔（C₂H₂）和二氧化碳（CO₂）因具有相似的动力学直径和物理性质而分离困难，工业上提纯乙烯主要采用贵金属催化乙炔加氢和碱溶液化学吸附二氧化碳，需要较高投资成本和大量能源消耗。近年来，研究人员一直在寻找可用于先进多孔吸附剂的高效分离技术。作为一种新型的晶体材料，金属有机骨架（MOF）由于其具有高度可调的孔径和表面功能性，在气体分离方面表现出了显著的性能。其中，由单一材料实现沸点和分子尺寸均接近的挑战性三组分分离是国际难题。

段金贵教授（点击查看介绍）课题组长期以来致力于气体分离导向MOF创制（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 22756; J. Am. Chem. Soc., 2021, 143, 17942; J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 11576）。他们发展了系列稳定MOF制备策略，设计制备了NTU-X系列MOF吸附剂。近日，在乙烯纯化研究方向又取得重要进展。相关工作发表在Advanced Functional Materials 期刊。

该工作成功地利用沸腾碱性溶液中晶体转变的合成方法合成了具有“Trap-and-Flow”孔道的晶体（即NTU-67），其中具有优化孔径的流动通道可以在动力学上区分 CO₂ 或 C₂H₂的线性分子和C₂H₄的蝴蝶状分子，而另一个通道中的陷阱允许有效捕获吸附的分子。该材料在潮湿、高温和较宽的气体条件下仍然可以在C₂H₂/CO₂/C₂H₄ (1/9/90) 的穿透吸脱附循环中获得创纪录的C₂H₄ (121.5mL g^-1,>99.95%)捕获。该工作不仅展示了一种新的设计理念，而且将多孔配位聚合物的应用边界扩展到了更具挑战性的领域。

NTU-67是通过NTU-65在100°C碱性水溶液中转变而成的。在NTU-67的结构中，每个配体/SiF6²⁻阴离子分别连接两个铜原子，其中每个Cu²⁺连接来自不同SiF6²⁻的两个F原子和来自四个不同配体的咪唑N原子。SiF6²⁻对位的两个F原子连接两个相邻Cu²⁺离子，沿c轴形成螺旋链。此外，在NTU-67中还观察到两个面共享的三角形通道（A和B)。

通道A的分子陷阱中发现了一个与F原子相互作用的CO₂分子，而在通道B中发现了一个独特的一维（1D）CO₂和C₂H₄阵列。这一观察结果表明，即使在相对较低的分压下，CO₂也更容易被分子陷阱吸附。此外，1D分子阵列证实通道B提供了有效的流动通道。

穿透曲线证明NTU-67不管对二元组分或三元组分C₂H₂、CO₂和C₂H₄都显示出良好分离效果。NTU-67显示出即使在较高的温度（343和363 K）下，也有希望从这些三元混合物中提纯C₂H₄。通过调整CO₂百分比和保持C₂H₂/C₂H₄比率证明改变混合物组分时该材料的分离性能依旧很好。

总结与展望

本研究基于纯气体和混合气体下的晶体学研究验证了分子陷阱对C₂H₂和CO₂捕获的积极作用。进一步的Ab计算和吹气试验表明，C₂H₂和CO₂的线性分子扩散速度远远快于流动通道B中蝶形的C₂H₄。“Trap-and-Flow”孔道的存在促使晶体提供了更高的动力学选择性。这种独特且有前景的结构在潮湿、高温和宽气体比的情况下，仍然可以从C₂H₂/CO₂/C₂H₄混合气体中高效纯化C₂H₄。同时，NTU-67框架的稳定性反映了在热的水中或化学溶液中进行的晶体转化是建立稳定的PCP的良好选择。因此，本文的发现为设计更具挑战性的用于分离的高级物理吸附剂提供了一条创新路线。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Shape- and Size-Dependent Kinetic Ethylene Sieving from a Ternary Mixture by a Trap-and-Flow Channel Crystal

Qiubing Dong, Yuhang Huang, Kim Hyeon-Deuk, I-Ya Chang, Jingmeng Wan, Changlin Chen, Jingui Duan, Wanqin Jin, Susumu Kitagawa

Adv. Funct. Mater., 2022, DOI: 10.1002/adfm.202203745

招聘信息

段金贵教授课题组诚聘博士后1-2名。本组依托南京工业大学材料化学工程国家重点实验室，目前主要研究MOF设计和制备和MOF膜组装和应用研究，面向并致力于挑战性能源气体的分离开发和应用。博士后聘用期为两年，课题组提供充足的科研支持，提供办公及实验室空间及设备，博士后福利费参照学校内教职工标准发放（最高30万每年）。有意者请将相关申请材料（详细简历、主要科研成果、及其他可以证明工作能力的材料；提供2-3推荐人的姓名及有效联系方式）发送至：<duanjingui@njtech.edu.cn> （段老师），邮件标题以“应聘博士后+姓名”命名。

段金贵

https://www.x-mol.com/university/faculty/27667