近日，暨南大学李丹、陆伟刚和曾恒教授团队的AMR述评文章“Pore Engineering in Metal–Organic Frameworks for Enhanced Hydrocarbon Adsorption and Separation”在线发表。文章总结了微孔金属有机框架（MOFs）在碳氢化合物分离领域应用的最新进展。论文根据孔结构特点将框架孔道划分为单阵列、串联阵列和正交阵列三种类型，深入探讨了孔道结构类型与碳氢化合物分离性能之间的密切关系，揭示了吸附分离相关的关键科学原理。该研究为设计和合成高性能材料，特别是在复杂组分分离中的应用，提供了理论和实践的指导，促进工业分离技术的高效能与节能发展。
关键词：金属有机框架；孔道工程；碳氢化合物吸附与分离
文章内容简介
MOFs是一类由金属节点和有机配体通过自组装方式形成的晶态多孔材料，具有高比表面积和可精确设计的孔隙结构等独特优势。其能够创建传统多孔材料无法实现的定向吸附位点，因而成为碳氢化合物分离领域备受关注的新型材料。本文聚焦于MOFs在烃类吸附和分离中的应用，重点分析了MOFs孔结构类型与其吸附分离性能之间的关系。文章将MOFs的孔结构分为单阵列、串联阵列和正交阵列三种类型，不同结构类型具有独特的特点和复杂组分分离的优势。
1、单阵列：单阵列孔结构由沿轴向均匀排列的孔隙组成，通过表面工程技术引入功能位点，可优化孔隙环境，从而提高对特定气体分子的选择性吸附性能。
2、串联阵列：串联排列的孔结构由大孔与细通道相互连接组成。细通道中的小孔能够选择性地允许与其尺寸相当的客体分子通过，而大孔则可容纳大量客体分子。这种结构特点使得这类MOFs具备了较高的分离选择性和较大的吸附容量。
3、正交阵列：正交阵列孔结构的特点是袋状腔体周期性地分布在一维（1D）通道的两侧。这些腔体作为分子识别位点，通过捕捉尺寸或电势匹配的特定分子来增强选择性。1D通道则有助于气体分子快速扩散。这种结构特点使得这类MOFs具备了较高的分离选择性和较快的吸附动力学。
这一分类深入探讨了优化这些结构的策略，为高效且可持续的碳氢化合物分离提供了理论基础，并为高效MOFs吸附剂的开发开辟了新思路。文章还详细分析了基于MOFs吸附剂的吸附分离技术在工业应用过程中面临的主要挑战及其未来发展方向，旨在推动该领域取得更大的突破。
AMR：您选择该领域的初心是？
作者团队：
金属有机框架是一类新型的晶态多孔材料，自其被发现后就引起了广泛的关注，相关的研究报道涉及很多不同的应用领域。我们之所以选择MOFs作为碳氢化合物分离的材料，是因为其具备这些特点：1、高选择性：MOFs具有可调节的孔结构和表面性质，可以针对不同大小、形状和极性的分子进行精确选择性分离，尤其适用于轻烃等小分子气体的分离。2、高比表面积：MOFs通常具有非常高的比表面积，能够提供更多的吸附位点，从而提高吸附容量，增强分离效果。3、结构可调性：MOFs的金属节点和有机配体可以根据需要进行调节，进而优化其孔隙结构和表面功能化，提高特定分子的吸附选择性和效率。4、可再生性：大多数MOFs材料能够通过简单的再生方法恢复吸附性能，使其在长时间使用后仍保持高效分离能力，降低了长期运营成本。5、低能耗：与传统的分离技术（如冷凝、压缩和吸收）相比，MOFs材料可以在较低的温度和压力条件下实现高效分离，有助于节省能源。
AMR：请和大家分享一下对这个领域
的发展愿景！
作者团队：
基于金属有机框架（MOFs）的轻烃分离技术近年来得到了广泛关注，未来，该材料在该领域应用主要体现在以下几个方面：
1. 高效分离性能：MOFs因其高比表面积、可调节的孔隙结构和化学功能化特性，能够实现对轻烃分子的精确选择性分离。未来的研究将致力于优化MOFs材料，以提高分离效率和选择性，满足工业应用的需求。
2. 可调孔隙和功能化设计：在设计策略上，通过金属中心和有机配体的选择进行调控，合成具有高度可调性的MOFs材料，进一步提升其在轻烃分离中的表现。
3. 能源效率和环境友好性：MOFs基轻烃分离技术具有较低的能耗，且不需要使用高温高压等传统方法，因此具有较好的环境友好性。未来的发展可能集中在降低材料成本、提高材料的稳定性和长期耐用性。
4. 工业化应用：虽然MOFs材料在实验室中已展示出卓越的分离能力，但其大规模应用仍面临挑战。未来的研究除了继续致力于创新MOFs材料的合成方法，降低生产成本外，还需努力探索其在实际工业流程中的适用性。
5. 集成化与多功能化：MOFs不仅在轻烃分离中表现出色，还可以与其他技术（如膜分离、吸附等）相结合，开发出集成化的分离系统。同时，未来的MOFs材料可能具备多功能性，如同时处理轻烃分离和二氧化碳捕获等任务，可提高系统的整体效率。
总之，基于MOFs的轻烃分离技术的未来将朝着高效、低能耗、低成本、工业化及多功能化方向发展，推动相关领域的技术进步和应用拓展。
作者团队简介
暨南大学化学与材料学院
谢小静 博士后
谢小静博士2024年6月于暨南大学获得化学博士学位，现加入暨南大学李丹教授课题组从事博士后研究，目前的研究方向为金属有机框架在烃类分离中的设计与应用。以第一作者身份在Chem, J. Am. Chem. Soc., CCS Chemistry, Chem. Sci.等期刊发表论文10篇和获授权发明专利1项。
暨南大学化学与材料学院
周敏仪 硕士研究生
周敏仪，2022年起在暨南大学攻读理学硕士学位，主要研究方向为合成稳定金属有机框架（MOFs）材料，用于烃类分离。
暨南大学化学与材料学院
曾恒 教授
2024年加入暨南大学化学与材料学院超分子配位化学研究所。主要从事金属有机框架材料的设计与构筑及其气体吸附分离的研究工作，主要研究内容包括金属有机框架材料的可控合成、晶体结构和气体吸附分离性质的研究。以通讯或第一作者在Nature, Nat. Chem. Eng., Chem, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等发表论文多篇。曾获2022年度博士后创新人才支持计划，第六届中国化学会“菁青化学星火奖”和京博科技奖-化学化工与材料京博优秀博士论文奖。近五年主持项目有国家自然科学基金青年科学基金，中国博士后创新人才支持计划和中国博士后科学基金会面上项目和广东省自然科学基金面上项目。
暨南大学化学与材料学院
陆伟刚 教授
2012年2月至2015年2月美国德州农工大学助理研究科学家，2016年8月至2018年7月美国费耶维尔州立大学研究科学家，2018年暨南大学第三层次人才引进。陆伟刚教授主要从事金属-有机多孔材料、有机多孔材料、多孔碳材料及超分子化学方面的研究工作。诸多知名学术期刊独立审稿人，至今已在Nature, Nat. Chem. Eng., Chem, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等国际权威期刊上发表论文近110余篇，论文被他人引用超过10000次，H-index为38。
暨南大学化学与材料学院
李丹 教授
李丹教授主要从事超分子配位化学的研究工作，为合成技术、材料创新和晶体工程积累了实践经验及理论基础。国家杰出青年基金获得者，英国皇家化学会会士和中国化学会会士。主持国家自然科学基金原创探索计划项目、国家自然科学基金重大研究计划、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金面上项目和国家973计划(课题组长)等。在国际权威学术刊物如Nature, Nat. Chem. Eng., Chem, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等发表学术论文360多篇。获国务院“政府特殊津贴专家”；曾获得广东省科学技术一等奖(第一完成人)、第十五届广东省丁颖科技奖。
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Pore Engineering in Metal–Organic Frameworks for Enhanced Hydrocarbon Adsorption and Separation
Xiao-Jing Xie, Min-Yi Zhou, Heng Zeng*, Weigang Lu*, and Dan Li*
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.4c00336
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