【材料】暨南大学JACS：MOF材料在潮湿条件下高效分离乙烷/乙烯-转自X一MOL资讯
工业上纯化乙烯最常用的方法是低温蒸馏，这种方法虽然效果好但能耗巨大，科学家们一直在寻找更好的分离方法来降低生产成本。金属有机框架（MOF）具有开放金属位点，可以通过形成π络合物选择性吸附乙烯，从而达到乙烷乙烯分离。但此类材料需要脱附才能得到乙烯，而且开放金属位点容易被水进攻而中毒，其吸附能力和选择性不可避免会受到影响。优先吸附乙烷的MOF材料从设计上来说非常困难，获得在湿度条件下选择性吸附乙烷，直接得到高纯乙烯的材料更具有巨大的挑战。 暨南大学李丹、陆伟刚研究团队研究人员合成得到一个微孔的含笼状结构的MOF材料（JNU-2），连接笼状腔体的通道孔径为3.7 Å。在通道上的氧原子精确排列，可以与乙烷分子形成多重氢键，从而增强了JNU-2对乙烷的选择性吸附（图1）。
由Cu(NO3)2和Zn(NO3)2以及两种简单有机物4-甲酸吡唑、腺嘌呤通过溶剂热法得到的MOF材料（JNU-2），具有罕见的xae拓扑结构。该框架是由三个不同大小的笼状腔体组成，其中小笼（cage A，4.2 Å）和大笼（cage C，9.2 Å）是以两个SBU作为顶点以及两个配体作为边构筑而成，同时组装了中间笼（cage B，7.2 Å）。从静态的角度来看，该孔道结构是三维哑铃形通道 （3 D dumbbell-shaped channels），笼A和笼B相连腔体处直径约为3.7 Å，在C2H4和C2H6分子的动力学直径范围内（图2）。
JNU-2表现出超强的稳定性，可以稳定于水中30天以上，在pH=2和pH=12的溶液中也能稳定15天以上。在低湿度下的吸水量很小，其分离效果不会因为水汽的存在而受到大的影响。JNU-2的吸水量在20% RH(相对湿度)之前非常低。10% RH条件下动态突破实验结果发现，C2H6在相当长的一段时间（约115分钟）后突破该柱。对于1公斤的JNU-2，C2H6/C2H4 (50/50)混合物可以回收大约10.2升纯度超过99.99 %的C2H4，分离容量明显优于现有的多孔材料（图3）。
图3. JNU-2在不同pH溶液和水下的粉末衍射图和77 K氮气吸附图(a, b)；在298 K下的水蒸气吸附图(c)；在10%湿度环境下的气体穿透实验(d)。
这项工作成功地展示了量身定制孔道相连的笼状腔体MOF材料，通过多层筛分机制实现了对乙烷的高吸附容量和高选择性，优异的水稳定性和pH稳定性展示了该材料在工业化的潜在应用前景。
相关结果发表在J. Am. Chem. Soc.上，论文第一作者为暨南大学博士生曾恒，共同第一作者为硕士生谢小静。
Cage-Interconnected Metal−Organic Framework with Tailored Apertures for Efficient C2H6/C2H4 Separation under Humid ConditionsHeng Zeng, Xiao-Jing Xie, Mo Xie, Yong-Liang Huang, Dong Luo, Ting Wang, Yifang Zhao, Weigang Lu,* Dan Li*J. Am. Chem. Soc., 2019, 10.1021/jacs.9b10923https://www.x-mol.com/university/faculty/63916 https://www.x-mol.com/university/faculty/48510
