Angew：一种具有高C2H2/CO2分离性能的超微孔氢键有机骨架

乙炔作为最简单的烃类化合物被广泛地应用于燃料和有机化工基础原料。目前，工业上乙炔的生产合成主要是通过低碳烃的裂解和甲烷的不完全燃烧，但是该过程都会伴随着少量的二氧化碳等杂质，因此在实际的应用前需要对乙炔混合气进行纯化。

相似的动力学尺寸和分子形状以及沸点，使得C₂H₂和CO₂分离具有很大的挑战性。目前工业上分离C₂H₂和CO₂使用的溶液萃取或者低温精馏的方式，但是大量的能源消耗和对环境的不友好，满意匹配目前工业的需求。利用多孔材料为吸附剂通过简单的物理吸附，实现该类气体的高效分离受到人们的广泛关注。但在乙炔/二氧化碳分离工作中，要实现超高分离选择性、兼具高稳定性和易合成的吸附剂材料用于实际的生产需要，仍是该领域尚未解决的关键问题。

图1. HOF-FJU-1负载乙炔结构图及其吸附性能

基于以上的目标和目前工业上的需求，福建师范大学张章静教授团队在国际化学领域顶级期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》，发表题为“An Ultramicroporous Hydrogen-Bonded Organic Framework Exhibiting High C₂H₂/CO₂ Separation”的研究论文。该论文报道了一例简单易合成、可回收且具有良好稳定性的氢键有机框架材料HOF-FJU-1。

实验发现，随着温度上升，HOF-FJU-1对乙炔的吸附量几乎没有发生变化，但是二氧化碳分子的吸附量逐渐降低。这与大部分的吸附剂材料随着温度的上升对气体的吸附量而逐渐降低的情况不同。这一反常现象增加了HOF-FJU-1对乙炔/二氧化碳的分离选择性，达到目前报道的最高值。

为了研究乙炔的吸附机理，该团队利用单晶技术确定了HOF-FJU-1负载乙炔分子的结构，发现HOF-FJU-1具有与乙炔分子匹配的孔环境，并与乙炔分子形成互补的静电式，咔唑分子上的C-H与乙炔分子形成的多重C-Hπ（乙炔）相互作用、氰基氮原子与乙炔分子端位氢形成氢键作用。但是孔道对二氧化碳分子并未形成这种协同效应。该工作是利用孔工程在C₂H₂和CO₂气体分离上的一个新突破，同时为HOF材料在气体分离方面的应用提供了新的研究视角。

Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI:10.1002/anie.202207579

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