金属-有机框架中可定制的孔径结构用于动态烃类分离

《Journal of the American Chemical Society》：Customizable Aperture Geometry in Metal–Organic Frameworks for Kinetic Hydrocarbon Separation

金属有机框架（MOFs）通过混合配体合成调控孔道几何结构，显著提升正己烷/2,2-二甲基丁烷分离性能，动力学主导机制验证了孔道设计的关键作用。

　　

在碳氢化合物的吸附分离过程中，精确控制孔径尺寸至关重要，因为这直接影响到选择性、容量、扩散性和可回收性等关键参数。金属有机框架（MOFs）的发展使得人们能够精细调节局部孔环境，从而实现有效的碳氢化合物分离。然而，通过定制孔径几何结构来优化分离性能仍然具有挑战性。在此，我们采用了一种混合连接剂合成策略，在具有等边三角形孔结构的Zr-MOFs上结合长链和短链连接剂，制备出了NU-415和NU-416这两种多孔材料，它们的孔结构为等腰三角形，非常适合分离己烷异构体。吸附实验、液相批量分离实验以及X射线衍射测量结果表明，与Zr-muconate和MOF-801相比，NU-415和NU-416在选择性、容量、稳定性和可回收性方面均有显著提升。值得注意的是，在常温条件下，这两种材料在1分钟内对己烷的吸附容量可达2.2 mmol g^–1，并且在等摩尔三元混合物中对正己烷与2,2-二甲基丁烷的选择性超过200，这一性能与已报道的领先材料相当。机理研究证实，分离性能主要受动力学差异而非热力学因素的影响。成功定制孔径结构不仅使NU-415在正己烷与单支链烃类的选择性上表现出色，还证明了混合连接剂合成策略是实现MOFs孔结构精确且可预测控制的有效方法。