乙烯作為重要化工原材料主要是透過乙烷蒸汽裂解得到，期間伴隨少量乙烷雜質，嚴重影響乙烯工業生產效率，需透過低溫分離，消耗大量能耗。研究表明，金屬-有機框架（MOF）材料吸附分離技術可有效降低能耗，但是目前基於MOF的乙烯/乙烷分離主要為乙烯優先吸附型別，導致其實用價值降低。因此，開發具有乙烷優先吸附效能的MOF材料具有重要的意義。
中山大學化學學院蘇成勇教授與北得克薩斯大學馬勝前教授合作，在該研究領域取得了新的突破。他們基於蘇成勇教授課題組早期開發的動態配位空間工程策略（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 9932；J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 6034; J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 2589.），進行MOF多孔奈米空間的精準工程化調控，在原型LIFM-28中安裝了一系列線性二元羧酸，顯著增加了孔容量（0.41至0.82 cm3g-1）並減小了孔徑（11.1×11.1Å2至5.6×5.6Å2）。有效增加的孔體積賦予後加工的MOFs更高的乙烷吸附能力，特別是LIFM-63（4.8 mmol g-1），在273 K和1 bar下對乙烷的吸附量相當於其原型的三倍（1.7 mmol g-1）。動力學穿透實驗表明，高純度的乙烯（＞ 99.9%）率先從固定床流出，一段時間後乙烷分子緩慢流出，進而可以有效的從乙烷/乙烯混合物中純化乙烯。理論計算表明，該動態配體插入策略可以實現MOF奈米空間的精細工程化調節，是合理設計多功能MOFs應對乙烯/乙烷分離任務的一種有前景的方法, 為開發多功能MOFs用於氣體分離開闢了一種新的思路。
以上研究工作得到國家自然科學基金、廣東省珠江人才計劃本土創新團隊、博士後國際交流計劃、Robert A. Welch Foundation、Researchers Supporting Program、生物無機與合成化學教育部重點實驗室和Lehn功能材料研究所的大力支援。
來源：中山大學
論文資訊：
https://doi.org/10.1002/anie.202100114
