可实现分子识别和筛分相结合的互穿杂化超微孔材料

tianqing

       C4烯烃作为重要的化工基础原料，在工业上C4烯烃组分中：约50%为1，3-丁二烯，是合成橡胶的重要原料；约40%为正丁烯和异丁烯，主要用于生产MTBE、仲丁醇和甲乙酮等重要化工产品。然而1，3-丁二烯、正丁烯和异丁烯等碳氢化合物结构高度相似，彼此分子形状和尺寸相似，沸点相近。因此C4烯烃的分离成为烃类纯化的重大挑战之一。利用多孔材料进行物理吸附实现碳氢化合物的分离是十分具有节能前景的一种分离技术。常见的多孔材料主要有金属有机框架材料（MOFs）和多孔配位聚合物（PCPs）。而常规分子筛材料和金属-有机框架材料存在容量低、选择性不高等不足。

       基于MOFs等多孔材料的研究基础，其在气体分离方面的应用也越来越深入和广泛，随着研究深入，气体分离中遇到的难题逐步得到解决。
       近日，浙江大学低碳烃和药物分离课题组邢华斌教授（通讯作者）团队针对上述问题，设计制备了多类穿插结构的GeF62- 或NbF6-阴离子柱撑杂化超微孔材料，在Angewandte Chemie International Edition发表了题为“Sorting of C4 Olefins with Interpenetrated Hybrid Ultramicroporous Materials by Combining Molecular Recognition and Size-Sieving ”的文章。通过对百分之一纳米尺度上孔穴和氟功能位点空间分布的精准调控，实现孔道表面化学性质和孔穴尺寸的调控，以适应不同C4烯烃的分子形状，实现特定C4烯烃分子的高容量分子识别；同时通过调节无机阴离子种类控制有机配体的旋转角度，得到可收缩的孔窗口，该收缩的孔窗口在外来气体分子刺激响应时呈现不同程度的呼吸效应，实现不同C4烯烃分子的尺寸筛分。通过分子识别和尺寸筛分机理的协同，该类材料兼具高的吸附容量和优异的选择性；并采用分子模拟技术探讨了阴离子柱撑超微孔与C4烯烃的作用方式，进一步通过混合气体固定床穿透实验证实了该系列材料的极佳的C4烯烃分离和循环使用性能。这一材料的发明为C4烯烃的分离研究提供了新的研究思路。