关于M-TTCOF（M = Zn, Cu, Ni, 2H）对SF6/N2选择性吸附的理论研究：适当孔径与高密度吸附位点的影响

《The Journal of Physical Chemistry C》：A Theoretical Study on the Selective Adsorption of SF6/N2 by M-TTCOF (M = Zn, Cu, Ni, 2H) with Appropriate Pore Size and High Density Adsorption Site

开发基于卟啉-四硫富瓦烯（M-TTCOFs，M=Zn,Cu,Ni,2H）的双功能共价有机框架吸附剂，通过量子力学和GCMC模拟揭示其结构调控对SF6/N2分离性能的影响。2H-TTCOF-AB在298K和1bar下吸附容量达6.16 mol/kg，选择性483.95，源于TTF电子供体作用及slit孔隙的“splint效应”。结构设计类比3D-COFs的“catenation效应”，提升气体吸附与分离性能。

　　

开发出能够突破“性能 trade-off”限制、实现高效吸附和富集气体混合物中微量 SF₆ 的高性能吸附剂具有重要的科学和实际价值。在这项研究中，通过量子力学和巨正则蒙特卡洛（GCMC）模拟系统地研究了微孔卟啉-四硫富瓦烯基双功能共价有机框架（M-TTCOFs，其中 M = Zn、Cu、Ni、2H）中堆叠方式及节点结构对 SF₆/N₂ 分离性能的影响。卟啉节点的配位中心变化对 M-TTCOF-AB 的 SF₆/N₂ 吸附和分离性能几乎没有影响。研究表明，四硫富瓦烯（TTF）作为强电子供体是吸附 SF₆ 的最佳位点。2H-TTCOF-AB 显示出最高的 SF₆ 吸附能力（6.16 mol kg^–1），相应的 SF₆/N₂ 分离选择性为 483.95（在 1 bar 和 298 K 条件下）。在 AB 堆叠结构中引入适当孔径的缝隙状孔洞会对 SF₆ 的吸附产生“增强效应”，从而提高其捕获能力。这种现象类似于通过相互渗透形成的 3D-COFs 中观察到的“串联效应”，有效提升了气体的吸附和分离性能。此外，还利用结合能、Bader 电荷、电荷密度差以及基于 Hirshfeld 分配的独立梯度模型（IGMH）对吸附机制进行了研究。