二维微孔铜基MOF材料在C2H2/CO2/CH4混合气体高效分离中的应用研究

本研究通过构建具有kgm拓扑结构的二维铜基MOF（[Cu3(5-t-Bu-ip)3·3H2O]），其3.8 ?一维通道壁面羧酸氧原子可特异性吸附C2H2（15.76 cm3 g?1@298K），IAST计算显示其对C2H2/CH4（6.3）和C2H2/CO2（1.7）具显著分离选择性，突破实验证实其可高效提纯99.5%乙炔，为低碳烃分离提供新型吸附材料。

　　

Highlight

本研究亮点在于通过5-叔丁基间苯二甲酸（5-t-B_u-H₂ip）与醋酸铜构建的二维铜基MOF，其独特的kgm拓扑结构形成3.8 ?开放通道，通道壁面修饰的羧酸氧原子赋予其优异的C₂H₂吸附性能（22.42 cm3 g?1@273K），突破实验证实该材料可同时实现二元（C₂H₂/CO₂、C₂H₂/CH₄）和三元混合气的高效分离。

Structural description of Cu₃(5-t-B_u-ip)₃·3H₂O

单晶解析显示化合物1属于单斜晶系C₂空间群，不对称单元含1.5个Cu(II)原子和1.5个脱质子化配体。四个羧基与相邻铜原子形成桨轮状[Cu₂(OCO)₄]次级单元，轴向由配位水分子占据（图1a）。二维层通过···AAA···平行堆叠形成直径3.8 ?的一维通道，通道表面暴露的羧酸氧原子可与C₂H₂分子形成氢键作用。

Conclusions

该微孔铜基MOF通过二维层平行堆叠构建3.8 ?一维通道，对C₂H₂/CH₄（选择性6.3）和C₂H₂/CO₂（1.7）展现优异分离性能，动态突破实验获得99.5%高纯C₂H₂（8.90 L kg?1），为低碳烃分离提供新型解决方案。