一篇JACS三篇Angew！中国石油大学（华东）孙道峰教授团队在晶态多孔吸附剂和分离膜研究方面取得系列进展

导读

近期，中国石油大学（华东）材料科学与工程学院 孙道峰教授团队在晶态多孔吸附剂和分离膜研究领域取得系列进展。相关成果刊发在Journal of the American Chemical Society（《美国化学会志》1篇）和Angewandte Chemie International Edition（《德国应用化学》3篇，包括内封面论文1篇）等化学和材料领域国际顶级期刊上。该系列成果得到国家自然科学基金、山东省重大科技创新工程和山东省自然科学基金重大基础研究等项目资助，推动了相关分离技术的机理研究及工业应用。

1.借鉴高分子膜的界面聚合和溶解加工策略，构筑连续的晶态多孔膜，解决其难以扩大化制备的问题，实现了氢气的高效分离与纯化

（1）预加工-界面聚合法制备高价簇基金属-有机框架（MOF）膜

膜分离技术在化工分离过程中展现出广阔的应用前景，实现高效膜分离的关键之一在于新型高性能膜材料的开发，然而该过程中往往忽视在实际应用中重要的规模化膜制备问题。鉴于此，团队提出预加工-界面聚合（PMIP）策略，实现了在室温下，通过辊对辊工艺，在商业化聚合物基底上大规模、连续制备稳定的高价簇MOF膜。所得的大面积PMIP-Zr-fum-MOF膜材料展现出优异的氢气分离能力。该策略对多种MOF结构和基底具有普适性，目前正在进行工业化应用开发。该成果以“Preprocessed Monomer Interfacial Polymerization for Scalable Fabrication of High-Valent Cluster-Based Metal–Organic Framework Membranes”为题发表在Journal of the American ChemicalSociety上，博士研究生丰阳为第一作者，孙道峰教授和康子曦教授以及新加坡国立大学Zhao Dan副教授为通讯作者。

（2）溶解加工-原位转化无定形超分子涂层为氢键-有机框架（HOF）膜，实现选择性氢气渗透

HOF是一类由有机配体通过氢键组装而成的新型晶态多孔材料，独特的溶解加工性使HOF可以简单、规模化成型。如何通过溶解加工法构筑连续且热力学稳定的HOF晶态分离膜，仍存在挑战。对此，团队利用“溶解加工-原位转化”策略，将HOF膜的连续成膜步骤与结晶生长步骤耦合：利用“脚手架”分子，将溶解加工法制备的连续但无定形的超分子涂层原位转化为晶态多孔HOF膜，实现了氢气的高效分离与纯化。该成果以“In situ Transformation of Amorphous Supramolecular Coating to Hydrogen-Bonded Organic Framework Membrane to Trigger Selective Gas Permeation”为题以内封面论文发表在Angewandte Chemie International Edition上，博士研究生张彩艳为第一作者，孙道峰教授和康子曦教授为通讯作者。

2.利用网状化学策略，构筑了系列同构COF和MOC吸附剂，系统优化了框架材料功能性，实现了对低碳烃的分离

（1）环戊二烯钴功能化COF实现C2H2/CO2分离

共价-有机框架(COF)凭借其独特的结构设计、优异的热和化学稳定性、多功能性等优势，在吸附分离和催化等领域展现出广阔的应用前景。然而，目前COF的构筑单元有限，极大限制了其结构多样性。为此，团队利用网状化学策略，构建了两种新型环戊二烯钴功能化的二维COF（UPC-COF-1和UPC-COF-2）。具有较短构筑单元、较窄孔径和较强主客体相互作用的UPC-COF-1表现出更好的C2H2/CO2分离性能，同时兼具水蒸气和甲烷杂质分离稳定性。该成果以“Functionalization of Covalent Organic Frameworks with Cyclopentadienyl Cobalt for C2H2/CO2 Separation”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上，博士研究生王小康为第一作者，孙道峰教授和范卫东副教授为通讯作者。

（2）精密孔工程策略：金属-有机笼（MOC）高效纯化乙烯

高纯度乙烯是生产高端化工产品的关键，然而在裂解烃类生产乙烯的产物中不可避免地混有乙炔和乙烷。此外，生产过程中使用水蒸气作为稀释剂以降低反应物料的分压，导致产生的废水中含有低碳烃类混合物。因此，在气态和液态下分离乙烯非常重要。团队利用网状化学策略将不饱和键(乙烯基和乙炔基)引入羧酸配体，设计合成了两种新型Zr-MOC (ZrT-1-ethenyl和ZrT-1-alkne)。借助MOC的可溶特性，ZrT-1-ethenyl同时实现了气、液条件下从C2H2/C2H4/C2H6混合气中纯化乙烯（＞99.7%）。该成果以“Precise Pore Engineering of Zirconium Metal-Organic Cages for One-Step Ethylene Purification from Ternary Mixtures”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上，博士研究生冯雪莹为第一作者，范卫东副教授和卢玉坤教授为通讯作者。

https://doi.org/10.1021/jacs.4c10241

https://doi.org/10.1002/anie.202407779

https://doi.org/10.1002/anie.202420801

https://doi.org/10.1002/anie.202407240

来源：中国石油大学（华东）材料科学与工程学院