7月13日，從福建師范大學傳出消息，該校化學與材料學院張章靜課題組利用簡單有機分子自組裝氫鍵有機框架材料(HOFs)，在乙烯乙烷的分離上取得重要進展。相關研究成果發表在Nature Chemistry上。
業內專家認為，該項工作利用簡單有機分子化合物，首次實現在工況溫度下乙烯乙烷的高效分離，將極大推動氫鍵有機框架材料在高效、低能耗的工業分離中的實際應用。
研究人員介紹，在最新的研究中，他們利用骨架柔性，提出溫度和壓力協同調控的“門控機制”策略，實現對乙烯乙烷的高效分離。研究人員在設計合成新型有機小分子的基礎上，通過自組裝制備了一例具有獨特“剛柔并濟”孔道特性的氫鍵有機框架材料，其三重穿插氫鍵網絡形成了可選擇性篩分乙烯乙烷的孔道結構。氣體吸附和粉末衍射數據表明，弱的非經典氫鍵(C-H…N)有利于骨架保持一定的柔性;同時連續的π…π作用可以增強骨架的剛性。這種剛柔并濟的骨架結構特征是實現“門控機制”的關鍵。
實驗結果表明，隨著溫度升高，吸附氣體所需的閾值壓力增加，在工況溫度(333K)時最大程度上減少共吸附現象，實現最優的乙烯分離效果。單晶結構表明，乙烯分子通過弱的C-H…π相互作用吸附在孔道中。同時，這種微孔HOF材料具有優異的熱穩定性，在水、強酸、強堿及一些極性有機溶劑中都能保持骨架穩定，為實現氣體分離純化的實際應用提供了必要條件。
乙烯是石化產業的核心，預計到2023年全球的乙烯年產能將超過2億噸。在乙烯生產過程中，往往利用低溫精餾技術分離乙烷來實現提純，將消耗大量的能量，超過全球年能源消耗的0.3%。
利用晶態多孔材料，如金屬有機框架、共價有機框架和氫鍵有機框架等，實現碳氫化合物的高效吸附分離已取得諸多進展。然而，孔道柔性往往成為阻礙低能耗、高純度乙烯分離的主要原因。一方面，乙烯乙烷尺寸差別極小，要求多孔材料需具有很高的尺寸匹配度。但有機組分具有一定的結構柔性，其孔道尺寸在吸附過程中容易發生改變，難以實現分子篩分。另一方面，隨著壓力增加，柔性孔道逐漸變大，導致乙烯乙烷的共吸附現象嚴重。
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