多孔配位聚合物（PCP），又称金属有机框架（MOF），在吸附分离领域表现卓越。然而，现有关于MOF在气体混合物吸附分离中的研究大多局限于单组分吸附等温线和定性穿透实验（浓度模式），对动力学、定量穿透测试（流量模式）、实验可重复性、数据验证以及定量穿透模拟等关键问题关注甚少。

烯烃吸附分离，尤其是利用具有反常烷烃选择性的吸附剂实现一步法烯烃纯化，被认为是传统精馏工艺的一种高能效替代方案。作为烷烃选择性吸附剂的首例经典代表， 5g影院 陈小明/张杰鹏/廖培钦教授团队于2015年提出门控孔道加强主客体识别策略，利用具高稳定性及低成本特性的[Zn(batz)]（MAF-49，H₂batz = bis(5-amino-1H-1,2,4-triazol-3-yl)methane）中多重弱氢键的协同效应实现了“亲水微孔捕获疏水分子”效果和反常的高C₂H₆/C₂H₄吸附选择性，首次证明小分子烯烃可通过一步吸附高效分离纯化（Nat. Commun.2015, 6, 8697）。随后，反转选择性一步分离纯化烯烃成为了热门策略。

图1.不同尺寸MAF-49的扫描电镜图

最近，该团队提出了一种简便可控的合成策略—“非晶态重结晶法”，实现了MAF-49介观结构和吸附动力学的精确调控（图1）。研究表明，尺寸较大的晶体表现出高C₂H₄动力学选择性，与固有的C₂H₆热力学选择性形成竞争，显著降低了C₂H₄的纯化性能；而小尺寸晶体的动力学选择性接近1，几乎不影响热力学选择性，使其能够在15:1的C₂H₄/C₂H₆混合物中一步纯化聚合级C₂H₄达3.1 mmol cm⁻³，是目前已报道的基准性能（图2）。在气体混合物穿透实验方面，该研究首次对常用的“浓度模式”和较少采用的“流量模式”进行了直接对比，直观可靠地论证了流量模式的定量准确性。而且，该团队还改进了RUPTURA程序，首次实现了气体混合物模拟穿透的定量化，为实验结果的验证及复杂工况下性能预测提供了有力工具。

图2.已报道材料的C₂H₄纯化量对比图

这一成果近期发表在J. Am. Chem. Soc.上， 5g影院 博士研究生林铎谕和胡丁熠为该论文的共同第一作者，张杰鹏教授和张学文副教授为通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、科学探索奖和广东省自然科学基金的大力支持。

论文信息：Duo-Yu Lin⁺, Ding-Yi Hu⁺, Rong-Hua Wang, Xue-Wen Zhang*, Dong-Dong Zhou, Jie-Peng Zhang* and Xiao-Ming Chen

Benchmark Performance of One-Step Ethylene Separation: From Optimized Crystal Synthesis to Quantitative Mixture Breakthrough Experiment and Simulation, J. Am. Chem. Soc., 2025, DOI: 10.1021/jacs.5c17181

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