【MOF分离PFAS】：温度依赖的柔韧金属-有机框架对氟代丙烷/丙烯混合物的分子筛选

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摘要：
浙江大学陈俐吭&鲍宗必老师等和福建师范大学张章静老师等报道的这篇文章中（Sci. Adv.10, eadj6473）报道了一种具有温度调控门效应的柔韧金属有机框架(Ca-tcpb)，能够实现C3F8/C3F6分离，得到高纯度的C3F8。通过实验和理论计算揭示了框架与气体之间的相互作用。

研究背景：
1）电子行业需要高选择性吸附分离C3F8和C3F6，传统分离方法效率低，需要新技术。
2）其他研究者尝试通过多种材料来实现分离，但效果不理想。
3）本文提出了利用柔韧金属有机框架实现C3F8/C3F6分离的新思路，通过温度调控门效应实现高效分离。

实验部分：
1）合成Ca-tcpb金属有机框架材料，通过溶剂热反应制备了无色柱形晶体
2）通过动态负载实验证实了1a在分离10:90 C3F6/C3F8混合气体的高纯度和稳定回收性能，展示了其在实际应用中的潜在价值。
3）比较了1a与其他常见多孔材料（如沸石和具有开放金属位点的MOFs）的吸附性能，发现1a在C3F6的平衡吸附量上表现优异，甚至超过了一些高比表面积和孔隙度的MOFs，显示出高效C3F6/C3F8分离。
4）分别评估了C3F6和C3F8在1a上的吸附热，发现C3F6的吸附热较高，证实了其强热力亲和力和可逆的吸附行为。
5）通过能斯特电位分布计算表征了1a、C3F6和C3F8之间的电荷分布情况，观察到由于碳原子和氢原子的极性差异导致正电位陷阱（PPT）的生成，有利于与C3F6或C3F8进行多点相互作用。
6）通过单晶X射线衍射、DFT-D计算和PXRD原位实验，揭示了1a对C3F6和C3F8的吸附行为及结构变化，深入探究了其灵活的吸附机制和分子筛选效应。

分析表征：
1）通过单晶X射线衍射确定其结构，发现其晶胞参数为a = 5.1039(11) Å, b = 11.232(3) Å, c = 15.317(3) Å；进行了热分析和变温PXRD测试，表明材料在400°C以下具有热稳定性；通过N2吸附/脱附实验表征了1a的孔结构，BET比表面积为260.65 m2 g-1。
2）研究了C3F6和C3F8在1a上的吸附性能，发现1a对C3F6具有高亲和力，在298 K下吸附容量达到2.0 mmol g−1，而对C3F8表现为步骤吸附行为，随开启压力的增加吸附量减少，仅在298 K下为0.065 mmol g−1，显示出对C3F8的高排斥性。通过IAST计算，显示出超高的选择性和C3F6吸附量比（约30.5）。
3）利用差示扫描量热计（TG-DSC）测定了C3F6和C3F8在1a上的吸附热，结果显示1a对C3F6的吸附热为48.3 kJ mol−1，而对C3F8几乎没有吸附热，表明对C3F8的排斥作用。
4）在动态负载实验中，通过气相色谱仪在线监测，验证了1a在分离10:90 C3F6/C3F8混合物方面表现出高纯度（超过99.999%）和出色的回收率，证实了其在气体分离方面的优异性能。

总结：
1）该研究成功合成了一种灵活耐用的Ca-tcpb金属有机框架材料，在实验和分析测试中表现出优异的C3F6/C3F8分离性能。
2）通过实验验证和结构表征，揭示了基于温度响应的筛选效应，实现了对C3F8的有效排斥和高效分离。
3）这一发现对于利用吸附剂的灵活性和宿主-客体相互作用进行工业气体混合物高效分离提供了有价值的思路。

展望：
未来作者可以进一步研究框架的稳定性和再生性；探索更多氟碳烷分离材料和方法，拓展研究领域。

Temperature-dependent molecular sieving of fluorinated propane/propylene mixtures by a flexible-robust metal-organic framework
文章作者：Wei Xia, Yisi Yang, Liangzheng Sheng, Zhijie Zhou, Lihang Chen, Zhangjing Zhang, Zhiguo Zhang, Qiwei Yang, Qilong Ren, Zongbi Bao*
DOI: 10.1126/sciadv.adj6473
文章链接：https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/sciadv.adj6473