王珺教授团队在《自然•通讯》上发表化工吸附分离最新研究成果

本网讯（yl23455永利官网）近日，我校yl23455永利官网王珺教授课题组在低碳烃吸附分离领域取得了新进展，其团队设计制备了具有负静电势孔道环境的新型霍夫曼型MOFs材料Cu(bpy)NP，实现了从乙炔/二氧化碳/乙烯混合物中高效分离乙炔。研究成果以“Negative electrostatic potentials in a Hofmann-type metal-organic framework for efficient acetylene separation”为题发表在Nature Communications上，王珺教授为唯一通讯作者，yl23455永利官网为唯一通讯单位。本工作是yl23455永利官网化工学科在化工分离工程领域近年来快速提升的标志性成果之一。

王珺教授团队长期从事新型多孔材料设计与调控和气体吸附分离研究，近年来在乙炔吸附分离方面取得了较好的进展。制备了新型的具有刚性孔隙空间和柔性层状空间的柔性-刚性（flexible-robust）MOFs材料(Nanchang University-100, NCU-100)，实现了孔道尺寸在极小范围内的精确调控，NCU-100a能够在常温常压下高效去除乙烯中痕量的乙炔（J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 9744-9751）；通过精确孔调控工程控制MOFs气体吸附行为，实现了乙炔/二氧化碳的高效分离（Nat. Commun., 2022, 13, 200）；利用网格化学和晶体工程策略，设计制备了具有协同结合位点的阴离子柱撑杂化超微孔材料CuTiF6-TPPY，实现了从乙炔/乙烯/乙烷三组分混合物中一步分离高纯乙烯（Sci. Adv., 2022, 8, eabn9231）。详见课题组网站：https://www.x-mol.com/groups/junwang_ncu

乙炔是最重要的有机化工原料之一，广泛用于生产合成橡胶、合成纤维、塑料、染料、树脂、医药和溶剂等，从乙炔出发合成这些产品具有投资少、收率高、流程简单等优势，因此乙炔被称为“有机合成工业之母”。工业上通常采用甲烷部分燃烧制备乙炔，得到的乙炔产品中不可避免含有二氧化碳等杂质，然而，乙炔和二氧化碳均为线性分子，二者的分子尺寸及物理性质极其相近，使得乙炔/二氧化碳分离极具挑战；另一方面，乙烯制备过程常伴随产生痕量乙炔（1%），痕量的乙炔将导致聚乙烯生产过程中的Ziegler-Natta催化剂失活并影响聚乙烯产品的品质。传统采用乙炔部分加氢或溶剂吸收法去除乙烯中痕量的乙炔杂质，然而过程能耗高、投资大。因此，亟需开发低能耗、低成本的乙炔/二氧化碳/乙烯高效分离技术，而低能耗的吸附分离被认为是一种最具前景的替代技术。

图1 传统的和基于硝普钠的霍夫曼型MOFs网络、Cu(bpy)NP的孔尺寸及静电势分布

在前期研究工作的基础上，近日，王珺教授课题组首次将硝普钠作为配体，制备了有别于传统富含开放金属位点（OMSs）的新型霍夫曼型MOFs——Cu(bpy)NP。Cu(bpy)NP具有合适的孔尺寸（6.0 × 7.0 Å2），其一维孔道孔表面的氰基和亚硝基基团创造了一个带负电荷的静电势场环境，与两端分布正电荷的线性乙炔分子电荷互补，从而精准识别乙炔分子，实现从乙烯和二氧化碳中高效分离乙炔。Cu(bpy)NP同时展现了高乙炔吸附量和乙炔/二氧化碳、乙炔/乙烯IAST选择性，超越了绝大多数已报道的吸附材料。动态穿透实验进一步表明，Cu(bpy)NP能够从双组分气体混合物及乙炔/二氧化碳/乙烯三组分混合物中捕获乙炔，且该材料具有较高的稳定性，可以长期循环使用，是低能耗吸附分离乙炔极具潜力的材料。

图2 Cu(bpy)NP的气体吸附量、吸附热及选择性对比

论文连接：Negative electrostatic potentials in a Hofmann-type metal-organic framework for efficient acetylene separation | Nature Communications

                                                                              审校：舒涛  王珺  吴成