Sci. Adv. ：光响应MOF膜实现石油分子的“精准分级”

在全球炼油工业中，原油蒸馏与裂解分离是最核心、同时也是最耗能的环节。全球每天处理原油超过1亿桶，仅分馏过程每年耗电量就超过1100 TWh，占全球能源消耗约1%。传统蒸馏依赖沸点差异进行分级，不仅能耗高，而且在裂解后分离结构相近的分子时效率有限。膜分离被认为是替代高能耗蒸馏的重要路径。相比热驱动分离，膜技术可在温和条件下实现分子筛分，理论上每年可节约约23 TWh能源。然而，石油体系复杂，从C6到C16乃至更高碳数分子尺寸差异细微，对膜孔径提出了“双重挑战”：既要具备大范围可调孔径，用于不同馏分之间的分级；又要实现亚纳米级精细调控，区分同一馏分内尺寸接近的分子。如何兼顾“宽范围调节”与“精确分辨”，成为膜分离技术突破的关键。

近日，厦门大学翁建、徐俊教授团队提出一种基于MOF（金属有机框架）的“双模式孔径调控”策略，通过功能基团尺寸与空间构型的协同设计，实现从宏观调节到亚纳米级动态精调的统一。研究团队设计了Azo-UiO-66系列MOF，通过在框架中引入不同长度的偶氮苯侧链（L1–L4），实现：

• 大范围孔径调节：通过改变功能基团长度，将孔径从0.41 nm调节至0.68 nm，覆盖C6–C16烷烃关键分子尺寸区间；

• 亚纳米级动态精调：利用偶氮苯在光照下可发生trans–cis可逆异构，实现0.01–0.04 nm级别的精细调控。

这一策略本质上将“静态结构设计”与“动态光响应控制”结合，形成双层调节机制：

• 第一步：通过功能基团长度实现不同碳数分子的粗分级（例如轻质与中质馏分区分）；

• 第二步：通过光诱导构型变化，在相近尺寸分子之间实现精准筛分（例如区分C6H14与C9H20）。

实验选取C6H14、C9H20、C11H24和C16H34四种支链烷烃进行验证，结果显示膜可形成稳定的“碳原子数依赖渗透梯度”。经过四级连续分离循环，C6H14纯度从25%提升至92.2%，实现真正意义上的序列分级分离。更重要的是，该MOF膜在非极性有机体系中表现出优异结构稳定性，并保持可逆光响应能力，为实际应用奠定基础。

这项工作在石油分离与膜材料设计领域具有多重意义：

1. 能源意义：通过精确孔径调控替代部分热驱动蒸馏过程，有望显著降低石油分离能耗，为低碳炼化提供技术路径。

2. 材料设计范式突破：首次将“功能基团尺寸调控”与“光响应空间构型变化”协同应用于MOF膜，实现宽范围+高精度双调节，为可编程孔径设计提供新思路。

3. 分子级精准分离能力：不仅可分不同馏分，还能区分同一馏分内结构接近的分子，推动膜分离从“粗分级”走向“分子精筛”。

4. 拓展应用潜力：该功能基团与空间构型协同调控策略，还可推广至二维材料稳定性调控等领域，为功能材料设计提供启发。

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