【HOF-NBDA】通过调控孔极性提升氢键有机框架中乙烷/乙烯分离性能

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摘要：
中国科学院福建物质结构研究所吴明燕老师等报道的本篇文章（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202305041）中研究了通过调控孔极性提升氢键有机框架（HOFs）在乙烷（C2H6）/乙烯（C2H4）分离中的性能。研究发现，通过加热诱导的固相转变，HOF-NBDA(DMA)可转化为HOF-NBDA，其孔表面由极性变为非极性，从而显著提升对C2H6的选择性吸附能力。实验结果表明，HOF-NBDA在C2H6/C2H4分离中表现出更高的吸附容量差（23.4 cm³/g）和分离选择性（136%），并能在工业条件下高效分离聚合级乙烯。

研究背景：
1.行业问题：聚合级乙烯（C2H4）是重要的化工原料，但其生产过程中不可避免地混入乙烷（C2H6）。由于C2H6和C2H4分子尺寸极其相似，传统的分离方法能耗高且效率低，急需开发高效节能的分离技术。
2.研究现状：目前，基于多孔材料的吸附分离技术因其节能、环保等优势受到关注。然而，实现C2H6/C2H4的高效分离仍面临挑战，尤其是如何通过材料设计实现C2H6的选择性吸附。
3.本文创新：本文通过调控氢键有机框架的孔极性，将极性孔表面转化为非极性孔表面，显著提升了C2H6的选择性吸附能力，并实现了从C2H6/C2H4混合物中一步分离高纯度乙烯。

实验和分析：
1.材料合成与表征：
   - 通过溶剂热法合成了HOF-NBDA(DMA)，并利用单晶X射线衍射（SCXRD）确认其结构。
   - 通过加热诱导的固相转变，将HOF-NBDA(DMA)转化为HOF-NBDA，利用粉末X射线衍射（PXRD）验证了结构转变。
   - 通过氮气吸附-脱附实验和理论计算分析了材料的孔隙性质和吸附性能。
2.性能提升原因分析：
   - HOF-NBDA的非极性孔表面通过色散和诱导作用显著增强了对C2H6的吸附能力。
   - 实验和理论计算表明，非极性孔表面的芳香基团与C2H6之间的相互作用更强，从而实现了高效的C2H6/C2H4分离。

总结：
1.主要研究结果：通过调控孔极性，HOF-NBDA在C2H6/C2H4分离中表现出优异的吸附性能，吸附容量差达到23.4 cm³/g，分离选择性达到136%。
2.创新突破：实现了从极性到非极性孔表面的转变，显著提升了C2H6的选择性吸附能力，并在实际分离中表现出高效、稳定的性能。
3.潜在意义和引用：为设计新型高效C2H6选择性吸附材料提供了理论依据，有望推动氢键有机框架在工业气体分离中的应用。

Tuning Pore Polarization to Boost Ethane/Ethylene Separation Performance in Hydrogen-Bonded Organic Frameworks
文章作者：Yunzhe Zhou, Cheng Chen, Rajamani Krishna, Zhenyu Ji, Daqiang Yuan, Mingyan Wu
DOI：10.1002/anie.202305041
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202305041

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