Chem：基于Zn?(CH?COO)?-硅氧烷簇的金屬有機框架用于丙烯/丙烷反向分離

聚合級（≥99.5%）丙烯（C?H?）是石油化工行業的關鍵原料，年產量已超過1億噸，主要通過石腦油裂解和丙烷（C?H?）脫氫制備，這個過程不可避免地伴隨著一定量的C?H? 副產物，因此為了獲得聚合級的C?H?，亟需實現C?H?/C?H?的有效分離。然而，兩者在物理化學性質上極為相似，工業上常用的熱驅動低溫精餾分離過程能耗極高。因此，開發高效、節能的丙烯純化技術迫在眉睫，其中基于多孔材料的吸附分離被認為是一種有效途徑。在眾多多孔材料中，金屬有機框架材料（Metal-Organic Frameworks, MOFs）因其極高的比表面積、可調控的孔道結構以及表面化學可修飾性，在C?H?/C?H?分離領域展現出廣闊的應用前景。目前，多數研究聚焦于C?H?-選擇性吸附劑，但該類材料在獲取高純度C?H?時仍需經歷脫附步驟，工藝相對復雜。與之相比，C?H?-選擇性吸附劑可直接去除雜質組分，一步生產聚合級C?H?，具有更顯著的應用潛力。然而，構建對C?H?具有優先吸附能力的MOF材料極具挑戰。迄今，僅有少數MOF被報道具備C?H?-選擇性吸附性能，且這些發現多基于特定案例，尚缺乏系統性、普適性的材料設計策略。

近日，暨南大學化學與材料學院曾恒、陸偉剛、李丹教授團隊為解決上述分離材料設計普適性難題，采用計算輔助篩選策略，從大量MOF簇節點中精準識別出對C?H?具有優先吸附能力的鋅硅氧烷簇Zn?[(MeSiO?)?]?(COO)?，并結合不同長度/角度二羧酸連接體進一步整合到金屬有機框架中，構建了一系列具備C?H?-選擇性MOF材料。該類材料開放孔道表面富含高度可及的Zn?Si?O??簇，研究人員通過多種原位表征技術證明了C?H?與簇位點之間存在更強的相互作用。其中性能最佳的JNU-66-II在吸附動力學、脫附動力學、分離潛力、吸附焓、循環穩定性與材料成本等方面均優于先前的材料。更重要的是，本研究不僅提出了一種基于功能金屬簇的普適性MOFs設計策略，還首次實現了在公斤級MOF吸附劑體系中直接從氣瓶混合氣一步獲得聚合級C?H?，驗證了其實際應用潛力，為開發高效、節能、安全的C?H?純化技術提供了全新的材料解決方案與設計范式。這一工作以“Zn?(CH?COO)??Siloxane Cluster-based Metal-Organic Frameworks for Inverse Propylene/Propane Separation”為題發表在高水平國際期刊Chem（DOI：10.1016/j.chempr.2025.102862）。

圖1. 計算輔助篩選C?H?-選擇性簇節點的示意圖。（圖片來源：Chem

暨南大學博后謝小靜和博士研究生曹綺云為本文的第一作者。該研究得到了國家自然科學基金、廣東省重大基礎與應用基礎計劃、廣東省基礎與應用基礎研究基金、中央基礎研究基金、中國博士后科學基金和暨南大學的支持。

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