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2024年10月8日，浙江大学化学工程与生物工程学院鲍宗必教授团队在Nature Communications期刊发表题为“Bioinspired recognition in metal-organic frameworks enabling precise sieving separation of fluorinated propylene and propane mixtures”的研究论文，团队成员Xia Wei、Zhou Zhijie为论文共同第一作者，鲍宗必教授为论文通讯作者。
鲍宗必，浙江大学化学工程与生物工程学院教授/生物质化工教育部重点实验室副主任/制药工程研究所所长，国家杰出青年科学基金获得者（2022）、国家优秀青年科学基金获得者（2017），专注于金属有机框架材料/多孔炭材料设计制备与应用、吸附分离工程、天然产物/低碳烃/电子特气/湿电子化学品的分离纯化、超临界流体/离子液体等绿色分离技术等研究。
分离氟化丙烷/丙烯混合物仍然是电子工业的一个主要挑战。受内壁带负电荷，允许阳离子选择性传输的生物离子通道的启发，研究人员提出了一系列具有仿生多氢约束腔的甲酸基金属有机骨架（MFA）。这些MFA材料，特别是甲酸钴（CoFA），表现出对六氟丙烯（C3F6）的特异性识别，同时促进对全氟丙烷（C3F8）的尺寸排阻。该双功能吸附剂提供了多个结合位点，实现了对C3F6的智能选择性识别，这一点得到了理论计算和原位光谱实验的支持。混合气体突破实验验证了CoFA一步生产高纯度（>5 N）C3F8的能力。重要的是，CoFA合成的稳定性和成本效益突出了其在工业C3F6/C3F8分离方面的巨大潜力。这种受生物启发的分子识别方法为高效提纯氟化电子特气开辟了新途径。
DOI：10.1038/s41467-024-53024-8
研究人员探究了甲酸配体（HCOOH）与金属（II）阳离子（M=Co、Ni、Mg和Zn）的偶联，以构建超微孔MOF（表示为MFA）。去质子化甲酸作为HCOOH式中最简单的构建连接体，暴露出一个唯一的氢原子，配位氧的屏蔽作用有利于形成多个氢原子的多孔网络。此外，MOF的甲酸家族通过金属取代，为sub-Å孔径编辑提供了理想的平台，为理想的分子筛分分离提供了巨大的可能性。事实上，分子的孔径（~5 Å）和孔约束使MFA具有分离C3F8和C3F6所需的筛分能力。结果表明，CoFA具有最高的C3F6容量（100 kPa时~2.0 mmol g-1），并且在环境条件下动态穿透实验（C3F6/C3F8，10/90，v/v）中表现最佳，优于其他高性能材料。此外，高性能CoFA可以用两种简单、低成本、市售的试剂批量生产，使其成为工业C3F6/C3F8分离的基准材料。重要的是，分离机制已经通过理论计算和实验研究（例如，原位FT-IR和1H→19F异核相关固态核磁共振技术）得到证实。这种仿生学衍生的分子识别方法为未来工业氟化ESG的深度提纯提供了有价值的指导。
总之，该研究对甲酸基金属有机骨架（MFAs）的研究揭示了一种选择性吸附含氟化合物的仿生策略，利用多氢约束空间进行靶向分子识别。其中，CoFA因其显著的C3F6吸附能力、对C3F8的有效排除以及在环境条件下高效的动态分离性能而成为典型的候选者。以具有成本效益的方式成功地将CoFA合成提高到工业水平，进一步强调了其在分离含氟化合物方面的实际应用潜力。该研究不仅为开发电子特气（ESG）量身定制的先进材料提供了蓝图，而且为最先进的吸附剂的选择标准和设计原则提供了宝贵的见解。该研究的意义不仅限于C3F6/C3F8分离的直接应用，可能指导未来的研究和开发工作，旨在解决环境可持续性和工业过程优化方面的更广泛挑战。
编辑 | 黄钰焜
审核 | 王 璟
宣传 | 谢蕴秋
来源丨生化环材圈
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