乙烯作为重要化工原材料主要是通过乙烷蒸汽裂解得到，期间伴随少量乙烷杂质，严重影响乙烯工业生产效率，需通过低温分离，消耗大量能耗。研究表明，金属-有机框架（MOF）材料吸附分离技术可有效降低能耗，但是目前基于MOF的乙烯/乙烷分离主要为乙烯优先吸附类型，导致其实用价值降低。因此，开发具有乙烷优先吸附性能的MOF材料具有重要的意义。
中山大学化学学院苏成勇教授与北得克萨斯大学马胜前教授合作，在该研究领域取得了新的突破。他们基于苏成勇教授课题组早期开发的动态配位空间工程策略（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 9932；J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 6034; J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 2589.），进行MOF多孔纳米空间的精准工程化调控，在原型LIFM-28中安装了一系列线性二元羧酸，显著增加了孔容量（0.41至0.82 cm3g-1）并减小了孔径（11.1×11.1Å2至5.6×5.6Å2）。有效增加的孔体积赋予后加工的MOFs更高的乙烷吸附能力，特别是LIFM-63（4.8 mmol g-1），在273 K和1 bar下对乙烷的吸附量相当于其原型的三倍（1.7 mmol g-1）。动力学穿透实验表明，高纯度的乙烯（＞ 99.9%）率先从固定床流出，一段时间后乙烷分子缓慢流出，进而可以有效的从乙烷/乙烯混合物中纯化乙烯。理论计算表明，该动态配体插入策略可以实现MOF纳米空间的精细工程化调节，是合理设计多功能MOFs应对乙烯/乙烷分离任务的一种有前景的方法, 为开发多功能MOFs用于气体分离开辟了一种新的思路。
以上研究工作得到国家自然科学基金、广东省珠江人才计划本土创新团队、博士后国际交流计划、Robert A. Welch Foundation、Researchers Supporting Program、生物无机与合成化学教育部重点实验室和Lehn功能材料研究所的大力支持。
论文信息：
https://doi.org/10.1002/anie.202100114
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