Angew. Chem.：具有自修复性能的电荷分离晶态多孔有机盐用于低碳炔/烯烃基准分离

乙烯与丙烯是全球产量最大的化工产品，两者的总产量已超3亿吨。当前，乙烯与丙烯的生产主要是通过蒸气裂解制备，在烯烃裂解气中通常含有痕量的炔烃。这些杂质的存在会导致烯烃聚合所需催化剂失活，影响下游产品的质量，甚至可能会引起爆炸。因此，制备聚合级烯烃必须将炔烃深度脱除。目前，工业上炔烯烃的分离主要采用贵金属催化加氢法或溶剂萃取法。加氢法通常以Pd等贵金属为催化剂，价格昂贵且会将部分炔烃加氢转化为附加值低的烷烃，导致烯烃产量的下降。而溶剂萃取法存在脱除深度低、溶剂挥发带来二次污染等弊端。相比之下，物理吸附具有环保和能耗低等优点，但由于同碳数炔烯烃的结构与物理性质相似，因此分离存在极大挑战。

非共价键组装有机框架材料因具有独特的自修复性质，能够实现坍塌框架的再生，而备受关注。然而由纯有机化合物构筑的孔道缺乏极性位点，因此难以对极性炔烃实现高选择性吸附。近日，浙江师范大学“双龙学者”特聘教授张袁斌博士及其合作者基于提高限域孔道空间内极性位点密度以增强炔烃分子识别，实现痕量炔烃高效脱除的策略，筛选并制备了一种基于离子键构建、拥有电荷分离极性限域孔道的晶态多孔有机盐材料CPOS-1。该材料表现出了出色的炔烃辨识能力，实现了基准同碳数炔/烯烃的高效分离。298 K，0.01 bar时，CPOS-1乙炔与丙炔吸附量达18.4与20.9 cm³/g，超越了大部分纯有机框架材料。此时，其乙炔/乙烯、丙炔/丙烯（1/99）分离选择性能够达到25.1与43.9，是目前所有纯有机框架材料中最高的。另外，CPOS-1的实际分离性能通过动态穿透实验也得到了证实，乙烯与丙烯产量分别达到216.6与162.4 L/kg。理论计算表明，CPOS-1的孔道可以看作是炔烃分子的单分子捕获阱，孔道中的多重电负性与电正性位点会与炔烃分子产生强作用力，高效辨识烯烃，实现炔烯烃的高效分离。除此之外，结构坍塌的CPOS-1材料能够在室温及无酸碱的情况下实现框架的自修复，这样温和的条件在非共价键组装有机框架材料再生中非常罕见。

论文信息

Optimizing Charge Separated Synergistic Binding Sites in Self-Healing Crystalline Porous Organic Salts for Benchmark Trace Alkyne/Alkene Separation

Yunjia Jiang, Lingyao Wang, Guolong Xing, Changhong Liu, Guangzu Xiong, Danling Sun, Jianbo Hu, Weidong Zhu, Zonglin Gu, Banglin Chen, Teng Ben, Yuanbin Zhang

文章的第一作者为浙江师范大学2023级博士研究生姜芸佳、浙江师范大学副教授汪玲瑶与浙江师范大学“双龙学者”特聘教授邢国龙。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202507442