Angew. Chem.:具有协同乙炔结合位点的氢键超分子框架从三元C2混合物中 一步获取乙烯

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乙烯是石化工业中最重要的烯烃,但是其生产过程伴随微量乙炔和少量乙烷的产生。因此,从三元C2混合物中一步纯化乙烯是至关重要的。氢键有机框架材料(HOFs)由于它们高的结晶度,良好的溶液加工性和高再循环再生能力,已经被认为是一种理想的物理吸附剂。并且,由大π体系的构筑的HOFs通常具有非极性孔道,已经被证明可以从乙烷/乙烯混合物中优先捕获乙烷。然而,由于HOFs中缺乏有效的乙炔吸附位点,到目前为止,还没有HOF能够实现从乙烷/乙烯/乙炔的混合物中一步纯化乙烯。

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图1. 在氢键有机框架中引入协同乙炔结合位点

中国科学院福建物质结构研究所吴明燕研究员课题组采用在HOF孔道中引入乙炔协同位点的策略,首次实现了HOF材料对乙烷和乙炔的同时优先吸附。作者采用具有大π体系的多羧酸有机配体构筑了一例具有pcu拓扑的微孔HOF(HOF-TDCPB),其孔道中不仅保留了由芳香环堆叠而成的非极性表面,而且其孔道中具有密集分布的氧原子,从而可以形成对乙炔分子的协同作用。吸附试验表明,在273 K – 298 K温度范围内HOF-TDCPB对乙烷和乙炔的吸附量均高于乙烯。理论计算表明,高的表面氧原子密度有利于形成对乙炔分子的协同作用。乙炔分子可以与羧酸氧形成多重的C-H…O相互作用,从而提高了乙炔的吸附量。

分离实验表明,HOF-TDCPB可以实现从不同比例的乙烷/乙烯/乙炔三组分混合物中一步获取乙烯。同时,由于HOF-TDCPB高的稳定性和疏水性,其对乙烷/乙烯/乙炔分离表现出了良好的循环稳定性和湿度稳定性。综上,该工作实现了HOF材料在三组分C2气体分离领域的突破,并且为后续设计合成用于三组分C2气体分离的HOF材料提供了明确的思路。

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图2. HOF-TDCPB对不同比例的乙烷/乙烯/乙炔混合气的分离曲线(a)5/5/5; (b) 6/3/6; (c)2/10/10; (d) 3/10/3。HOF-TDCPB分离乙烷/乙烯/乙炔的循环稳定性和湿度稳定性(e)和(f)。

文信息

Synergistic C2H2 Binding Sites in Hydrogen-Bonded Supramolecular Framework for One-Step C2H4 Purification from Ternary C2 Mixture

Dr. Zhenyu Ji, Dr. Qing Li, Dr. Yunzhe Zhou, Prof. Dr. Rajamani Krishna, Prof. Dr. Maochun Hong, Prof. Dr. Mingyan Wu

文章的第一作者是博士研究生纪震宇和博士后李晴。通讯作者是福建物质结构研究所吴明燕研究员。


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202411175


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