将金属有机骨架（MOF）用于CO2与C2H2的物理分离，由于其简单、安全、节能等优点，引起了人们极大的研究兴趣。然而，C2H2和CO2表现出非常接近物理性质，这使得它们的分离极具挑战性。以前的研究工作主要集中在引入开放的金属位点，目的是提高目标位点上的C2H2亲和力，而极少对有机成分的网状操控进行研究。
近日，得克萨斯大学圣安东尼奥分校陈邦林教授，上海交通大学崔勇教授报道了通过将预选的氨基和羟基官能团网状连接到Ni2(L-asp)2(bpy)（MOF-NH2）和Ni2(L-mal)2(bpy)（MOF-OH）两种超微孔手性MOFs中，实现了C2H2/CO2的高效分离，IAST（理想吸附溶液理论）选择性大于25，具有极低的C2H2吸附热（为17.5 kJ mol−1（MOF-OH）和16.7 kJ mol−1（MOF-NH2））。
文章要点
1）MOF-NH2和MOF-OH具有相同的多孔结构，由4,4‘-联吡啶连接物柱撑的手性Ni(L-asp)或Ni(L-mal)层构成。结果，完全形成了横截面约为4×4 Å2(包括范德华半径)的均匀的一维最窄通道，这些通道沿b方向延伸。此外，对于MOF-NH2和MOF-OH，在100 °C真空加热24 h，通道中充满无序水和甲醇的客溶剂都能被彻底除去。
2）值得注意的是，MOF-OH在常温下表现出对C2H2的高重量和体积吸收（68.2 cm3 g−1和107.7 cm3 cm−3），在低孔体积的基础上产生了0.81 g mL−1的最高存储密度，甚至超过了189 K下的C2H2的固体密度。
3）研究人员通过密度泛函理论（DFT）计算揭示了MOF-NH2和MOF-OH中的主−客体超分子相互作用的细微差别，从而导致了不同的分离选择性。此外，MOF-OH具有高度的水稳定性，可以通过使用千克量级的廉价前驱体轻松地直接合成，突出了其工业化应用的潜力。
值得注意的是，这项研究首次将手性MOF用于气体的有效分离，这有望打开一种新的蓝图，利用功能性手性构筑块形成的特殊结构来靶向令人印象深刻的气体选择性MOF吸附剂。
参考文献
Wei Gong, et al, Efficient C2H2/CO2 Separation in Ultramicroporous Metal−Organic Frameworks with Record C2H2 Storage Density, J. Am. Chem. Soc., 2021
DOI: 10.1021/jacs.1c07191
https://doi.org/10.1021/jacs.1c07191
