乙烯（C₂H₄）作为最广泛、产量最大的化工原料之一，从复杂的多组分气体中提纯C₂H₄具有重要的意义，但也极具挑战性。在吸附分离应用方面，具有高度可调孔结构的金属有机框架（MOF）是解决这一问题的潜在多孔材料。

西北工业大学陈凯杰教授团队近日在Nature Communications期刊发表研究论文，通过控制两个孔结构高度相似框架中的氢键数量和方位来精细调整孔结构，实现了两个材料从三组分C₂H₂/C₂H₄/C₂H₆到四组分CO₂/C₂H₂/C₂H₄/C₂H₆乙烯分离功能的调控升级。具体地，单晶X射线衍射结果表明三唑配体上不同的氨基引起框架中氢键的改变，从而导致孔道大小、形状和孔隙局部化学环境的变化。气体吸附等温线、吸附动力学、动态穿透实验和气体负载晶体结构分析表明Zn-fa-atz对包括C2H4在内的3种C2类碳氢化合物的亲和力同步减弱，但优化了CO₂与框架的相互作用，加速了CO₂的扩散，使得Zn-fa-atz能从CO₂/C₂H₂/C₂H₄/C₂H₆混合物中一步提纯C₂H₄。

图1. 氢键解锁以驱动孔径/孔形状和化学控制，从而实现多组分分离示意图

图2. Zn-fa-datz和Zn-fa-atz的实际分离性能表征

这一成果中提出的氢键解锁孔结构，进而调控乙烯分离功能的设计策略，有助于推动新一代多孔物理吸附剂的合成和其在更复杂工业分离体系中的应用。

文章信息：

Hydrogen bond unlocking-driven pore structure control for shifting multicomponent gas separation function

Nat. Commun., 2024, 15, 804, DOI: 10.1038/s41467-024-45081-w

（摘自X-MOL）