Angew. Chem. ：用于高效乙烯纯化的非极性孔道框架结构

作为衡量一个国家化学工业发展水平的重要标志之一，乙烯（C₂H₂）的产量和纯度是至关重要的。因此，发展高效节能的乙烯纯化技术是实现高纯乙烯分离与制备的关键所在。金属有机框架材料（MOFs）因其结构单元的多样性和可设计性，从而成为理想的乙烯纯化材料。

近年来，陈邦林，Zaworotko，张章静，陈凯杰，李斌和侯磊等课题组相继报道了众多用于乙烯纯化的材料，并实现了对乙烯气体的有效分离。由于乙烷和乙烯具有相似的分子大小（C₂H₄：3.28 × 4.18 × 4.84 Å³, C₂H₆：3.81 × 4.08 × 4.82 Å³），因此，对乙烯的纯化过程中最重要的一步是实现对乙烷的有效分离。

图1. (a) FJI-H11-Me(des)的孔道结构; (b) FJI-H11-Me(des)在77K条件下的N₂和195K条件下的CO₂吸附曲线; (c) FJI-H11-Me(des)在298K条件下对1:99 的C₂H₆和C₂H₄气体的吸附曲线; (d) 不同湿度条件下的C₂H₄/C₂H₆分离曲线。

为了解决这一难题，中国科学院福建物质结构研究所吴明燕研究员团队发展了一例具有非极性孔道的结构，用于实现对C₂H₄/C₂H₆的有效分离，从而实现对C₂H₄的高效纯化。作者通过选择以六个苯环为骨架、甲基为取代基的四羧酸配体与经典的双核铜进行组装，合成得到了一例具有NbO拓扑结构的柔性框架。随着孔道中溶剂分子的失去，柔性框架逐渐收缩，双核铜单元被有机配体屏蔽，从而形成由芳香族苯基和脂肪族甲基修饰的非极性孔表面。这一非极性孔道不仅有助于优先吸附C₂H₆，而且由于孔道的疏水表面，还有助于提高框架的湿度稳定性

图2. (a) C₂H₆ 和 (b) C₂H₄ 的吸附位点示意图。

固定床分离实验结果表明，FJI-H11-Me(des)可以实现一步从乙烯和乙烷混合物中获取高纯乙烯气体。同时，不同湿度条件下的测试结果也证实该化合物在不同湿度条件下均可实现对C₂H₄/C₂H₆的有效分离。该工作为工业上乙烯气体的高效纯化提供了一种新的策略，为解决低碳气体的吸附分离提供了新思路。

论文信息

A Metal-Organic Framework with Nonpolar Pore Surfaces for the One-step Acquisition of C2H4 from a C₂H₄ and C₂H₆ Mixture

Zhengyi Di, Caiping Liu, Jiandong Pang, Shuixiang Zou, Zhenyu Ji, Falu Hu, Cheng Chen, Daqiang Yuan, Maochun Hong, and Mingyan Wu

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202210343