中山大学廖培钦/张杰鹏/陈小明教授团队：高压疏水C2H4/C2H6分子筛

高压疏水 C ₂ H ₄ /C ₂ H ₆ 分子筛

该研究团队早期报道了一例由一价铜离子和疏水三氮唑配体构成的、具有典型客体诱导开孔/扩孔柔性的MOF材料M AF-42（ Nat . Commun. 2015 , 6 , 6350）。作者通过晶体结构分析和计算机模拟发现，当材料处于小孔相时，孔窗尺寸能有效区分 C ₂ H ₄ /C ₂ H ₆ （图1） 。 单组份等温线表明（图2），M AF-42对 C ₂ H ₄ /C ₂ H ₆ 也表现出客体 诱导的扩孔/开孔柔性，但在298 K时结构转变的压力阈值高达16.6/7.7 bar，而且在结构转变前的确只吸附 C ₂ H ₄ 并 表现出很弱的亲合力。因此，M AF-42能够在高压吸附、常压脱附的工作环境中表现出远高于常见分子筛的吸附量利用率。

图2. MAF-42的(a)常压和(b)高压 C ₂ H ₄ /C ₂ H ₆ 等 温线（来源： Angew. Chem. Int. Ed. ）

为了验证实际分离效果，进行了高压条件下的定量混合物穿透实验（图3）。C ₂ H ₄ 的流出时间明显晚于C ₂ H ₆ ， 而C ₂ H ₆ 的穿透曲线和He基本一致（说明C ₂ H ₆ 没有被吸附），实测分离比大于700，定量证明了C ₂ H ₄ /C ₂ H ₆ 分子筛分离行为。 另外，MAF-42虽然含有暴露的金属离子（一价铜离子并不亲水），但表现出孔道和颗粒表面的高疏水性，因此其C ₂ H ₄ /C ₂ H ₆ 分子筛效应可以在高湿度条件下保持。

图3 . MAF-42的( a) 水吸附等温线及接触角和( b) 干燥/潮湿条件下的高压C ₂ H ₄ /C ₂ H ₆ 穿透曲线（来源： Angew. Chem. Int. Ed. ）

该工作不但观察到新的分子筛分离行为、提供了严格的论证，而且对比了动力学控制的门控柔性（即分子筛分离原理）和热力学控制的开孔/扩孔柔性（即客体诱导的平衡态结构转变）对吸附分离的作用（即吸附剂可以同时表现出一种类型的刚性和另一种类型的柔性）。

该研究工作得到了中国博士后科学基金、国家自然科学基金和科学探索奖的大力支持。