引言
多孔碳因其优异的物理化学稳定性、可调的孔结构、低成本以及可扩展生产的潜力，在气体吸附与分离领域备受关注 [1], [2], [3]。其中，有序介孔碳尤为引人瞩目，因为其互连的介孔通道可缩短扩散路径，并改善内部吸附位点的可及性 [4], [5], [6], [7], [8]。选择性 SO2 捕集对于此类多孔碳吸附剂而言是一个极具挑战性的应用。SO2 是一种高毒且具强腐蚀性的酸性气体，主要来源于煤炭燃烧、石油炼制、天然气净化及有色金属冶炼 [9], [10], [11], [12]。其排放不仅会导致酸雨、二次颗粒物生成、设备腐蚀及催化剂中毒，还严重危害人体健康 [13], [14], [15], [16]。与此同时，高浓度 SO2 是生产硫酸、单质硫及其他含硫化学品的重要原料，使其捕集在污染控制与硫资源回收方面具有双重意义 [17], [18], [19], [20]。然而，SO2 通常以低分压存在于富含 CO2 和 N2 的烟气中。因此，高性能吸附剂必须同时实现高 SO2 吸附量、低压下强亲和力、高 SO2/CO2 与 SO2/N2 选择性、优异的传质动力学、可逆再生以及稳定的循环性能 [21], [22], [23]。
然而，仅凭孔结构并不能完全决定 SO2 吸附选择性；表面化学同样决定了相对于 CO2 和 N2 等竞争性气体对 SO2 的相对亲和力 [24], [25], [26], [27]。氮掺杂引入了极性位点，修饰局部电子环境，并通过位点特异性非共价相互作用增强 SO2 亲和力 [28], [29], [30]。例如，Zhang 等人采用三模板策略，以 2,6-二氨基吡啶为原料制备了氮掺杂分级多孔碳，在 25 °C 和 1 bar 下实现了 14.7 mmol g-1 的 SO2 吸附量 [31]。此外，Jia 等人开发了含咪唑的多孔有机聚合物，其中 KPOP-4 在 25 °C 和 1 bar 下从 500 ppm SO2/10% CO2/余量 N2 中表现出约 0.97 mmol g-1 的动态 SO2 吸附量 [32]。非多孔咪唑在可比条件下几乎无气体保留，凸显了可及结合位点的重要性。这些研究表明孔可及性与含氮官能团具有互补作用。然而，平衡孔开发与氮保留仍然充满挑战。强烈的活化可以增加吸附空间，但可能导致氮损失或氮构型改变。相反，引入富氮组分或表面修饰剂可能限制孔可及性并阻碍扩散。因此，单独的高比表面积或高总氮含量并不能保证有效的 SO2 捕集，尤其是在低分压下。关键挑战在于将用于吸附的可及微孔、用于传输的介孔通道以及适当配置的氮位点整合起来，以实现 SO2 的可逆相互作用 [32], [33], [34], [35], [36], [37]。这需要前驱体与活化策略，将孔形成与氮位点保留及可及性协调起来 [38], [39], [40], [41], [42], [43], [44]。
本文提出了一种前驱体层面的策略，以在有序介孔碳中调和高可及比表面积与氮位点保留，用于 SO2 的可逆捕集。一种氮预组织的有序介孔聚合物前驱体，记为 DOMP，通过 2,6-二氨基吡啶、对苯二甲醛和 F127 的无溶剂机械化学软模板组装构建。在这一设计中，2,6-二氨基吡啶并非作为传统的牺牲性氮添加剂，而是作为骨架整合的氮源：其吡啶氮嵌入芳香杂环中，两个氨基与对苯二甲醛发生席夫碱缩合形成交联聚合物骨架。同时，F127 指导有序介孔的形成，使氮预组织与介孔构建在前驱体阶段同步进行。该策略提供了一个结构明确的平台，使氮位点与传输通道在碳化与活化之前就已设计完毕。
所得 K-DOMC-x 系列被用作模型平台，以揭示可控活化如何在有序介孔碳中平衡孔开发与氮保留。温和活化可保留氮位点并增强 SO2 亲和力，而过度活化会导致氮损失而不产生更有效的吸附网络。最佳活化窗口使微孔储容、有序介孔传输及保留的氮位点协同工作，从而实现高容量、高选择性及可逆的 SO2 捕集。因此，本研究不仅提供了一种高效的 SO2 吸附剂，还为实际酸性气体分离提供了氮掺杂有序介孔碳的通用设计原则。
