聚合級(jí)（≥99.5%）丙烯（C?H?）是石油化工行業(yè)的關(guān)鍵原料，年產(chǎn)量已超過(guò)1億噸，主要通過(guò)石腦油裂解和丙烷（C?H?）脫氫制備，這個(gè)過(guò)程不可避免地伴隨著一定量的C?H? 副產(chǎn)物，因此為了獲得聚合級(jí)的C?H?，亟需實(shí)現(xiàn)C?H?/C?H?的有效分離。然而，兩者在物理化學(xué)性質(zhì)上極為相似，工業(yè)上常用的熱驅(qū)動(dòng)低溫精餾分離過(guò)程能耗極高。因此，開發(fā)高效、節(jié)能的丙烯純化技術(shù)迫在眉睫，其中基于多孔材料的吸附分離被認(rèn)為是一種有效途徑。在眾多多孔材料中，金屬有機(jī)框架材料（Metal-Organic Frameworks, MOFs）因其極高的比表面積、可調(diào)控的孔道結(jié)構(gòu)以及表面化學(xué)可修飾性，在C?H?/C?H?分離領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。目前，多數(shù)研究聚焦于C?H?-選擇性吸附劑，但該類材料在獲取高純度C?H?時(shí)仍需經(jīng)歷脫附步驟，工藝相對(duì)復(fù)雜。與之相比，C?H?-選擇性吸附劑可直接去除雜質(zhì)組分，一步生產(chǎn)聚合級(jí)C?H?，具有更顯著的應(yīng)用潛力。然而，構(gòu)建對(duì)C?H?具有優(yōu)先吸附能力的MOF材料極具挑戰(zhàn)。迄今，僅有少數(shù)MOF被報(bào)道具備C?H?-選擇性吸附性能，且這些發(fā)現(xiàn)多基于特定案例，尚缺乏系統(tǒng)性、普適性的材料設(shè)計(jì)策略。

近日，暨南大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院曾恒、陸偉剛、李丹教授團(tuán)隊(duì)為解決上述分離材料設(shè)計(jì)普適性難題，采用計(jì)算輔助篩選策略，從大量MOF簇節(jié)點(diǎn)中精準(zhǔn)識(shí)別出對(duì)C?H?具有優(yōu)先吸附能力的鋅硅氧烷簇Zn?[(MeSiO?)?]?(COO)?，并結(jié)合不同長(zhǎng)度/角度二羧酸連接體進(jìn)一步整合到金屬有機(jī)框架中，構(gòu)建了一系列具備C?H?-選擇性MOF材料。該類材料開放孔道表面富含高度可及的Zn?Si?O??簇，研究人員通過(guò)多種原位表征技術(shù)證明了C?H?與簇位點(diǎn)之間存在更強(qiáng)的相互作用。其中性能最佳的JNU-66-II在吸附動(dòng)力學(xué)、脫附動(dòng)力學(xué)、分離潛力、吸附焓、循環(huán)穩(wěn)定性與材料成本等方面均優(yōu)于先前的材料。更重要的是，本研究不僅提出了一種基于功能金屬簇的普適性MOFs設(shè)計(jì)策略，還首次實(shí)現(xiàn)了在公斤級(jí)MOF吸附劑體系中直接從氣瓶混合氣一步獲得聚合級(jí)C?H?，驗(yàn)證了其實(shí)際應(yīng)用潛力，為開發(fā)高效、節(jié)能、安全的C?H?純化技術(shù)提供了全新的材料解決方案與設(shè)計(jì)范式。這一工作以“Zn?(CH?COO)??Siloxane Cluster-based Metal-Organic Frameworks for Inverse Propylene/Propane Separation”為題發(fā)表在高水平國(guó)際期刊Chem（DOI：10.1016/j.chempr.2025.102862）。

圖1. 計(jì)算輔助篩選C?H?-選擇性簇節(jié)點(diǎn)的示意圖。（圖片來(lái)源：Chem

暨南大學(xué)博后謝小靜和博士研究生曹綺云為本文的第一作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省重大基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)計(jì)劃、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金、中央基礎(chǔ)研究基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金和暨南大學(xué)的支持。

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