金属有机骨架（MOFs）或多孔配位聚合物（PCPs）是一种新兴的多孔固体材料，其中开放晶格是由无机节点和有机连接物形成。由于其固有的多样性，这些材料可以精确地控制孔隙形状、孔隙化学和孔隙大小，从而为分离过程提供了一个通用平台。在去除痕量气体方面，目前大量的研究都集中在合理构建具有均匀亚纳米孔的3D MOFs上。尽管已经取得了重大研究进展，但其设计性能优于现有基准吸附剂的新材料仍然是一个艰巨的挑战。例如，在生产聚合级乙烯（C₂H₄）的工业过程中，设计高效的乙炔（C₂H₂）分离多孔材料是取代溶剂吸收和催化加氢技术的关键。与3D MOF相比，分层2D MOF通常表现出更大程度的灵活性，除了在客体移除或容纳期间局部键合长度/角度变化之外，潜在的层移动或交联，可以控制层之间的孔隙率。

近日，浙江大学杨启炜研究员报道了利用2D氟化MOFs的层间和层内空间的可调性，提出了一种改进C₂H₄/C₂H₂吸附分离性能的策略。

文章要点

1）研究人员以NbOF₅²⁻和三种不同的有机配体为原料，合成了一系列具有层状结构的2D MOFs，[Cu(4,4’-联吡啶砜)₂(NbOF₅)]（ZUL-200），[Cu(4，4’-联吡啶亚砜)₂(NbOF₅)]（ZUL-210），[Cu(4,4’-联吡啶硫醚)₂(NbOF₅)]（ZUL220）。

2）X射线衍射和DFT模拟结果显示，连接基原子氧化态的系统变化能够精细地调节分子的层叠模式和连接体构象，从而提供了强大的分子层间捕获和协同层内结合。

3）实验结果显示，所合成的ZUL-100和ZUL-200在0.001-0.05 bar的低压力范围内表现出高选择性的基准容量。此外，突破性实验证实了ZUL-100和ZUL-200在C₂H₄/C₂H₂分离中的优异性能，即使在潮湿条件下循环，也能获得高C₂H₄产率（从1/99混合物中分离出121 mmo1/g，99.9999%）。

Shen, J., He, X., Ke, T. et al. Simultaneous interlayer and intralayer space control in two-dimensional metal−organic frameworks for acetylene/ethylene separation. Nat Commun 11, 6259 (2020).

DOI：10.1038/s41467-020-20101-7

https://doi.org/10.1038/s41467-020-20101-7