【SIFSIX-2-Cu-i】杂化多孔材料的孔化学与尺寸调控用于从乙烯中捕获乙炔

首页 > 行业动态 > 【SIFSIX-2-Cu-i】杂化多孔材料的孔化学与尺寸调控用于从乙烯中捕获乙炔

摘要：
多孔材料物理吸附容量与选择性的权衡是物理吸附法高效气体分离提纯的主要障碍。本文通过调控含六氟硅酸根和有机连接体的金属配位网络的孔化学与尺寸，借助主客体协同作用及客体-客体相互作用实现乙炔分子优先结合与有序组装。经建模和中子粉末衍射验证乙炔特异性结合位点，该材料在常温下对乙炔吸附容量高（0.025 bar时2.1 mmol/g）、选择性好（39.7-44.8），突破曲线实验表明其能从1/99乙炔/乙烯混合物中分离出0.73 mmol/g乙炔。

研究背景：
1.行业问题和研究现状：乙炔/乙烯分离对制备聚合级产品至关重要，现有方法能耗高；MOF-74系列乙炔吸附容量高但选择性低，M’MOF系列选择性高但吸附容量低，难以兼顾。
2.本文创新：利用SIFSIX系列金属配位网络，通过调控孔化学（SiF₆²⁻阴离子位点）与尺寸，实现乙炔特异性结合与高容量吸附，解决容量与选择性权衡问题。

实验部分：
1.材料合成与吸附性能测试：合成SIFSIX-1-Cu、SIFSIX-2-Cu等材料，测283-303 K下乙炔/乙烯吸附等温线。结果：SIFSIX-2-Cu-i在298 K、0.025 bar时乙炔吸附量2.1 mmol/g，SIFSIX-1-Cu在1.0 bar时达8.5 mmol/g。
2.建模与中子衍射实验：用DFT-D计算吸附能，SIFSIX-2-Cu-i乙炔吸附能52.9 kJ/mol；测200 K下SIFSIX-1-Cu·4C₂D₂等中子衍射，验证C-H…F氢键作用。
3.分离性能评估：IAST计算选择性，SIFSIX-2-Cu-i乙炔/乙烯选择性39.7-44.8；做1/99和50/50混合气突破实验，SIFSIX-2-Cu-i从1/99混合气中捕获0.73 mmol/g乙炔，产出乙烯纯度>99.998%。

分析测试：
1.吸附能与结合作用分析：DFT-D计算显示，SIFSIX-1-Cu、SIFSIX-2-Cu-i、SIFSIX-3-Zn乙炔吸附能分别为44.6、52.9、50.3 kJ/mol，乙烯吸附能更低，揭示SiF₆²⁻与乙炔强相互作用。
2.晶体结构分析：中子衍射显示SIFSIX-1-Cu中C-D…F键长2.063 Å，相邻C₂D₂分子D⁺…C⁻距离3.063-3.128 Å，证明客体-客体协同作用。
3.分离性能测试：突破实验中，SIFSIX-2-Cu-i处理1/99混合气时，140分钟内出口乙炔<2 ppm；材料循环16次性能无衰减，表明稳定性好。
4.结果揭示：SiF₆²⁻位点是乙炔特异性结合关键，孔尺寸适配促进主客体及客体-客体作用，实现高容量与高选择性。

总结：
1.主要研究结果：SIFSIX系列材料实现乙炔高容量、高选择性吸附，突破实验验证其高效分离性能。
2.创新突破：通过孔化学与尺寸调控，解决吸附容量与选择性权衡问题，无需特殊功能位点。
3.潜在意义：为工业乙炔/乙烯分离提供低能耗方案，推动多孔材料气体分离设计。

Pore chemistry and size control in hybrid porous materials for acetylene capture from ethylene
文章作者：Xili Cui, Kaijie Chen, Huabin Xing, Qiwei Yang, Rajamani Krishna, Zongbi Bao, Hui Wu, Wei Zhou, Xinglong Dong, Yu Han, Bin Li, Qilong Ren, Michael J. Zaworotko, Banglin Chen
DOI：10.1126/science.aaf2458
文章链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aaf2458

本文为科研用户原创分享用于学术宣传交流，具体内容请查阅上述论文，如有错误、侵权等请联系修改、删除。未经允许第三方不得复制转载。