Angew. Chem. :“肩并肩”式氢键构筑的超稳定超分子框架一步分离乙烷和乙烯

  • 117
  • A+


乙烯(C2H4)作为世界上年需求量最高的化工原料,其下游产品在整个石化工业中都占有极大的比重。近十年发展的乙烷(C2H6)选择性多孔材料可以一步分离乙烷和乙烯,成为一种高效且环保的分离技术。氢键有机框架(HOFs)由于易制备、环境友好、可再生性好和具有非极性孔表面等特点,在一步分离C2H6/C2H4中极具优势。但面临着两个重要问题:第一个问题是稳定性。许多HOFs在失去溶剂后孔结构会坍塌,然而实际的分离过程需要考虑在高温高湿的苛刻条件下进行;第二个问题是乙烷选择性较差。与金属有机框架(MOFs)不同,很难对HOFs进行功能化修饰来提高乙烷选择性。为了解决上述问题,中国科学院福建物质结构研究所吴明燕研究员团队报道了一种连续的肩并肩式氢键的组装策略,得到了一例兼具超高稳定和高C2H6/C2H4选择性的氢键有机框架材料(命名为MTHOF-1),该材料可以在不同温度和湿度条件下实现对C2H6/C2H4气体的一步分离。



1




从结构角度来看,大多数HOFs都通过“头碰头”的氢键节点连接,这种离散的节点排列容易受到攻击和受外部刺激而变形,导致稳定性差。MTHOF-1采用了新型的“肩并肩”式氢键构筑。其具有明晰的自组装过程:首先,所设计的含四个酰胺基有机小分子通过N–H··O氢键上下连接,形成连续的氢键阵列;然后通过多重C–H··π作用,将毗邻的四个阵列互锁,形成榫卯结构的模块;最后该模块延伸形成三维的超分子框架。经过表征,MTHOF-1不仅有良好的化学稳定性,热稳定性,且可以耐强酸和强碱。这在目前报道的所有HOFs中都是极为罕见的。

2

此外,MTHOF-1具有合适尺寸的孔道,并且其非极性孔表面被有序排列的酰胺基和芳香环所饰,这有助于增强C2H6分子与孔表面之间的相互作用。气体吸附曲线表明该材料可以用于分离C2H6/C2H4,其IAST选择性高于大多数多孔材料。穿透实验验证了MTHOF-1在实际的混合气体分离中的确具有良好分离性能,且在高湿度等条件下也可保持。

9

理论模拟计算,相比于乙烯,MTHOF-1的孔表面可以与乙烷分子形成更多更强的作用力。综上,本工作不仅开发了一种高稳定性HOFs的构筑策略,并且高效地实现了一步分离乙烷和乙烯的功能化应用。

文信息

An Ultra-stable Supramolecular Framework Based on Consecutive Side-by-side Hydrogen Bonds for One-step C2H4/C2H6 Separation

Dr. Hengbo Li, Dr. Cheng Chen, Dr. Qing Li, Prof. Dr. Xiang Jian Kong, Dr. Yuanzheng Liu, Dr. Zhenyu Ji, Dr. Shuixiang Zou, Prof. Maochun Hong, Prof. Dr. Mingyan Wu


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202401754



weinxin
我的微信
关注我了解更多内容

发表评论

目前评论: