通过精确调控异构金属-有机框架中的氨基酸位点阵列来优化静电势，以实现高效CH4纯化

《Advanced Functional Materials》：Electrostatic Potential Optimization by Precise Tailoring of Amino Site Arrays in Isostructural Metal–Organic Frameworks for High-Efficiency CH4 Purification

天然气中甲烷与丙烷、乙烷的分离难题通过调控吸附剂孔道表面电势实现突破。研究合成具有不对称菱形孔道的Co-3-AIN金属有机框架，其氨基位点产生的负电势有效捕获烷烃分子，在0.1bar和0.05bar压力下分别吸附58.7cm3/g乙烷和56.4cm3/g丙烷，选择性达188和2953。通过原位红外光谱、DFT计算和Hirshfeld表面分析，证实电荷调控机制显著提升低浓度烷烃吸附性能，单次循环可获得207.6L/kg高纯度甲烷。

　　

摘要

通过调节吸附剂中的结合位点和孔道表面来提高吸附分离效果，这一研究领域正受到广泛关注。在天然气净化过程中，如何在低浓度下区分同系烷烃（C₂H₆ 和 C₃H₈）一直是一个挑战，这限制了高效分离 CH₄ 所需的吸附容量和选择性。本研究利用 C₂H₆ 和 C₃H₈ 中 H 原子的高正电势，合成了一系列新型吸附剂，并证明了通过优化孔道表面的负电势可以实现高效的 CH₄ 分离。其中，异构金属-有机框架 Co-3-AIN 具有不对称的菱形孔结构，其孔道内的氨基位点朝内，因此对 C₂H₆ 和 C₃H₈ 的吸附亲和力分别达到了 62 kJ mol^?1 和 69 kJ mol^?1。该吸附剂在 0.1 巴压力下对 C₂H₆ 的吸附量高达 58.7 cm³ g^?1，在 0.05 巴压力下对 C₃H₈ 的吸附量为 56.4 cm³ g^?1，并且在 298 K 时表现出极高的选择性（C₂H₆/CH₄ = 188；C₃H₈/CH₄ = 2953）。使用 CH₄/C₂H₆/C₃H₈ （85:10:5, v/v/v）三元混合物进行的实验表明，Co-3-AIN 具有出色的 CH₄ 净化能力，单次分离循环可获得 207.6 L/kg 的高纯度 CH₄ 产量。通过原位红外光谱、密度泛函理论（DFT）计算和 Hirshfeld 表面分析，进一步阐明了其烷烃吸附机制。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。