隨著工業社會的發展，能源危機與環境污染問題日益突出，如何實現關鍵原料氣體的高效分離與純化成為重要課題。乙烯作為石化產業的重要基礎原料，其制備過程中往往伴隨乙炔、乙烷等副產物，導致高純乙烯的獲取面臨巨大挑戰。追求具有卓越氣體吸附與分離性能的先進吸附劑，是一個極具前景卻又充滿挑戰的研究前沿。傳統低溫精餾能耗極高，而基于多孔固體吸附劑的變壓吸附（PSA）技術則展現出顯著優勢，其中金屬有機框架（MOF）因其結構可設計性、比表面積大和功能多樣性，被認為是最具潛力的候選材料。盡管文獻中已報道了多種五元多組分金屬有機框架（MOF），但通過兩種不同有機配體與三種金屬簇協同整合構建的五元MOF仍極為罕見。因此，探索合成結構新穎且性能優異的多基元MOF具有重要的意義。 陜西師范大學薛東旭教授課題組通過Zn(OAc)2·2H2O與腺嘌呤、1,2,4-苯三甲酸酐通過溶劑熱反應，制備出一種新型MOF材料Quin-Zn-Ad-BTC。單晶X射線衍射分析表明，該材料包含三種獨特的鋅基結構單元：單核[ZnN2(O2C─)2]、雙核[Zn2(Ad)3(O2C─)2]和六核[Zn6N3(μ-H2O)3(Ad)3(O2C─)6]。這些單元組裝形成了一種新型五元MOF結構，成為目前罕見的由兩種配體和三種金屬簇構建的MOF材料。其結構中含有三個相互連通的籠狀空腔，內部富含未配位的羧酸氧原子與Watson─Crick位點。
圖1. 五組分MOF Quin-Zn-Ad-BTC的結構組裝示意圖。 通過甲醇多次交換以及真空加熱的條件，該MOF得到了成功活化。其中孔體積為0.50 cm3 g-1，BET比表面積為1220 m2 g-1，298 K，1 bar條件下，對C2H2和C2H6的吸附量始終高于C2H4。Quin-Zn-Ad-BTC對三種氣體有著較低的Qst，說明該材料具有較好的再生能力，體積比50/50的C2H2/C2H4，10/90的C2H6/C2H4的IAST分別為2.05和1.26，同時進行了穿透實驗，證實了Quin-Zn-Ad-BTC從三元C?混合物中一步純化乙烯的獨特能力。 圖2.（a）Quin-Zn-Ad-BTC在298 K溫度下對C2H2、C2H4和C2H6的吸附等溫線。（b）三種氣體的吸附焓(Qst)。（c）體積比為10%/90%的C2H6/C2H4和50%/50%的C2H2/C2H4混合氣的IAST。（d）在1 mL min-1流速下，C2H2/C2H4/C2H6體積比為1/1/1，三組分混合氣的穿透曲線。 同時在在298 K、1 bar壓力條件下測定了C2H4和C3H6的吸附等溫線，同時進行了Qst和IAST的計算以及模擬MTO產物的穿透實驗，證明了該材料具有分離MTO產物的能力。 圖3.（a）Quin-Zn-Ad-BTC在298 K溫度下對C2H4和C3H6的吸附等溫線。（b）兩種氣體的吸附焓(Qst)。（c）體積比為20%/50%的C3H6/C2H4混合氣的IAST。（d）在4 mL min?1流速下，C2H2/C2H4/He體積比為0.2/0.5/0.3，兩組分混合氣的穿透曲線。 GCMC模擬揭示了不同氣體分子在孔道內的優先吸附位點與作用模式。C2H2在腔體連接處被穩定捕獲，形成多重C–H···O/N氫鍵（2.670–3.705 ?）及強π–π堆積（2.856–3.027 ?）；C2H4占據類似位置，但因分子構型剛性，作用距離更長，結合較弱。C2H6與C3H6則主要位于cage-II，依賴豐富的氫鍵作用（C–H···O/N 2.7–3.9 ?）；其中C16px;color: rgb(62, 62, 62);","data-pm-slice":"0 0 []"},"namespaceURI":"http://www.w3.org/1999/xhtml"},"para",{"tagName":"section","attributes":{"style":" margin: 10px 0%;text-align: left;justify-content: flex-start;display: flex;flex-flow: row;width: 100%;border-style: solid;border-width: 10px 1px 1px;border-color: rgb(17, 92, 54);padding: 0px;align-self: flex-start; box-sizing: border-box; "},"namespaceURI":"http://www.w3.org/1999/xhtml"},"para",{"tagName":"section","attributes":{"style":" text-align: justify;justify-content: flex-start;display: flex;flex-flow: row;width: 100%;padding: 23px;align-self: flex-start; box-sizing: border-box; "},"namespaceURI":"http://www.w3.org/1999/xhtml"},"para",{"tagName":"section","attributes":{"style":"font-size: 15px;width: 100%;box-sizing: border-box;"},"namespaceURI":"http://www.w3.org/1999/xhtml"},"para",{"tagName":"p","attributes":{"style":"white-space: normal;margin: 0px;padding: 0px;box-sizing: border-box;"},"namespaceURI":"http://www.w3.org/1999/xhtml"},"node",{"tagName":"sub","attributes":{"style":"font-size: 11px;box-sizing: border-box;"},"namespaceURI":"http://www.w3.org/1999/xhtml"}]">3H6與孔壁Watson–Crick位點形成更強作用（2.874 ?），解釋了其更高Qst與優先吸附行為。結合能順序C3H6 > C2H2 >C2H6> C2H4，與實驗吸附與穿透結果高度一致，從微觀層面佐證了Quin-Zn-Ad-BTC的分離機理。 圖4. Quin-Zn-Ad-BTC中的優先吸附位點，（a）乙炔、（b）乙烷、（c）乙烯和（d）丙烷。 論文信息 Strictly Periodic, Adenine-Directed One-Pot Assembly of Multicomponent Metal–Organic Framework: Structural Insights and Ethylene Purification Ya-Nan Ma, Teng-Long Liu, Wei-Hong Zhang, Cheng-Hang He, Prof. Dong-Xu Xue Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202513208
