【Y-dbai分离C4】一种具有扭曲笼状结构的超微孔ftw型钇基金属-有机框架对C4烯烃的识别

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摘要：
华南理工大学夏启斌和深圳职业技术大学王浩老师等报道的本篇文章（Small 2024, 20, 2307990）开发了一种超微孔钇基金属-有机框架（Y-dbai），该材料具有扭曲笼状孔结构，能够通过热力学和动力学协同机制高效分离C4烯烃。在298 K和1 bar条件下，Y-dbai对C4H6、1-C4H8和i-C4H8的吸附容量分别为2.88、1.07和0.14 mmol g⁻¹，表现出优异的分子筛分效果。通过吸附实验和DFT计算，证实了其分离机制，并在动态突破实验中展示了对C4H6/1-C4H8、C4H6/i-C4H8及三组分混合物的高效分离能力。

研究背景：
1.行业问题：C4烯烃（如1,3-丁二烯、1-丁烯和异丁烯）是石油化工中的重要原料，但由于其分子尺寸和物理性质相近，传统分离方法（如萃取蒸馏）能耗较高，开发高效低能耗的分离材料是当前行业面临的挑战。
2.研究现状：目前，多孔材料如沸石、活性炭和金属-有机框架（MOFs）被认为是有潜力的分离材料。已有研究报道了多种MOFs在C4烯烃分离中的应用，但大多数材料难以同时实现高吸附容量和高选择性分离。
3.本文创新：本文作者设计了一种新型的钇基金属-有机框架（Y-dbai），其孔径大小介于C4H6和i-C4H8的运动学直径之间，通过扭曲笼状孔结构实现了对C4烯烃的分子筛分和热力学-动力学协同分离，解决了现有材料在分离效率和选择性方面的不足。

实验和分析：
1.材料合成与表征：
   - Y-dbai通过溶剂热法合成，采用H4dbai和Y(NO₃)₃作为前驱体，经过溶剂交换和高温活化后得到样品。
   - 通过粉末X射线衍射（PXRD）、热重分析（TGA）和气体吸附等温线等手段对材料的结构和稳定性进行了表征，结果表明Y-dbai具有良好的结晶性和热稳定性。
2.性能结果分析：
   - 从实验角度看，Y-dbai的吸附等温线显示其对C4H6的吸附容量远高于1-C4H8和i-C4H8，且吸附过程具有明显的热力学驱动特征。
   - 从理论计算角度看，DFT计算表明Y-dbai的孔窗口尺寸与C4烯烃的动力学直径匹配良好，C4H6在孔道中的扩散能垒较低，而i-C4H8则被有效筛分，从而实现了高效的分离。
   - 动力学实验进一步证实了Y-dbai对C4H6的快速吸附能力，而对1-C4H8的吸附则相对较慢，体现了动力学分离机制。

总结：
1.主要研究结果：Y-dbai在298 K和1 bar条件下对C4H6、1-C4H8和i-C4H8的吸附容量分别为2.88、1.07和0.14 mmol g⁻¹，表现出优异的分子筛分效果和热力学-动力学协同分离能力。
2.创新突破：通过扭曲笼状孔结构的设计，实现了对C4烯烃的高效分离，同时在吸附容量和选择性方面均优于现有材料。
3.潜在意义和引用：该研究为开发新型高效低能耗的C4烯烃分离材料提供了新的思路，有望在石油化工领域得到广泛应用。

Recognition of C4 Olefins by an Ultramicroporous ftw-Type Yttrium-Based Metal–Organic Framework with Distorted Cages
文章作者：Shi Tu, Jinze Yao, Siyao Zhao, Danxia Lin, Liang Yu, Xin Zhou, Hao Wang, Ying Wu, Qibin Xia
DOI：10.1002/smll.202307990
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202307990

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