化学与化工学院李晋平教授团队李立博教授课题组烷烃分离取得新进展：在Angew. Chem. Int. Ed.和AIChE J.相继发表高水平论文

2018年永利官网李晋平教授团队发表通过空位修饰策略，实现乙烷/乙烯反转的标志性论文（Science, 2018, 362, 443. 17033）后，团队在烷烃吸附材料研发与应用方面不断深入探索，助力形成了全球范围内烷烃吸附材料研究的热潮。截止2024年12月，新增报道316种烷烃吸附材料，体系拓展至不同MOF、共价有机框架（COF）、氢键有机框架（HOF）、分子笼等。然而，从烷烃吸附剂设计的角度出发，基于传统热力学活性位点构筑、动力学扩散孔道调节或尺寸筛分等策略，实现烯烃中低浓度烷烃杂质的高选择性分离仍然面临巨大挑战。2018年《Science》文章报道的Fe₂O₂(dobdc)材料乙烷/乙烯IAST选择性4.40，从未实现突破，长久以来，如何实现烷烃吸附剂选择性与吸附容量提升，是学术界高度关注的焦点与难点。

永利官网化学与化工学院李晋平教授团队李立博教授课题组在该领域持续攻关，时隔六年在高选择性烷烃吸附材料研发方面取得重要进展，实现对乙烷/乙烯、丙烷/丙烯选择性与吸附容量的显著提升，相继在国际化学知名期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》和化工知名期刊《AIChE Journal》发表题为 “Ethane Triggered Gate-Opening in a Flexible-Robust Metal-Organic Framework for Ultra-High Purity Ethylene Purification”和“Optimizing supramolecular interactions within metal-organic frameworks for ultra-high purity propylene purification” 研究论文。

图1. TYUT-17材料中的乙烷诱导结构形变“柔性-刚性”吸附机制

研究工作一：研究团队报道一例具有乙烷（C₂H₆）触发“开门”效应的（flexible-robust MOFs）柔性-刚性金属有机骨架TYUT-17材料Zn(ad)(min)（图1）。结构中的3-甲基异烟酸配体受到客体分子刺激时，能够发生特异性旋转，并通过与C₂H₆分子高度匹配的孔道截面和多重超分子相互作用，实现室温条件下C₂H₆吸附容量（2.8 mmol/g，0.1 bar）、C₂H₆/C₂H₄吸附选择性（6.41，0.1 bar）和分离产率（C₂H₆/C₂H₄，10/90，77.4 L/kg）的新突破（图2）。

图2. TYUT-17与目前报道的性能最佳乙烷选择吸附剂的性能比较

通过烷烃诱导结构形变的“柔性-刚性”吸附机制，实现了对目前已报道乙烷选择性吸附剂三个维度上的全面超越。不仅如此，基于TYUT-17对乙烷显示出的优异选择性与吸附亲和力，该吸附剂可以从三元C2混合物中一步分离得到超高纯度C₂H₄（>99.995 %），分离产率高达39.2 L/kg，为特高纯乙烯的分离与提纯工艺提供了一条新的技术路径。论文通讯署名单位8858cc永利唯一官方网站化学与化工学院，李晋平教授团队的李立博教授为通讯作者，博士研究生张璐为第一作者。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202418853

图3. DMOF系列材料孔笼空间的超精细调控

研究成果二：为实现丙烯分离产率与丙烷净化深度的提升，研究团队从孔笼空间优化的角度（图3），提出利用“主-客体”和“客-客体”超分子相互作用的协同吸附机制，实现C₃H₈和C₃H₄杂质的同时深度分离。制备的Ni-DMOF-DM材料在常温常压下对C₃H₈和C₃H₄表现出极高的吸附容量（分别为 171 和 197 cm³/g）和创纪录的C₃H₈/C₃H₆分离选择性（2.74）（图4）。气体分离实验表明，Ni-DMOF-DM 材料可实现直接从C3三元混合物中分离得到超高纯度C₃H₆（C₃H₈ < 0.005% 和C₃H₄ < 1.0 ppm），产率达 152.14 L/kg。

图4. Ni-DMOF-DM与目前报道的性能最佳丙烷选择吸附剂的性能比较

本研究提出的“主-客体”和“客-客体”超分子协同作用为高性能丙烷吸附剂的设计制备与性能调控提供了理论依据，也为特高纯丙烯的分离与提纯工艺提供了新的技术路径。论文通讯署名单位8858cc永利唯一官方网站化学与化工学院，李晋平教授团队的王勇副教授和李立博教授为论文的共同通讯作者，博士研究生李童为论文的第一作者。

原文链接:  https://doi.org/10.1002/aic.18646

以上两个研究工作，获得了国家自然科学基金（重大项目课题、面上、优青）、国家重点研发计划项目课题等项目资助；感谢南京工业大学孙林兵教授、上海科技大学章跃标教授和南开大学张振杰教授提供的原位单晶衍射SCXRD与原位粉末衍射PXRD的技术支持！