淮阴师范学院化学化工学院教师张续博士以合作作者在权威期刊Angew. Chem. Int. Ed.上发表题为“Supramolecular Entanglement in a Hydrogen-Bonded Organic Framework Enables Flexible-Robust Porosity for Highly Efficient Purification of Natural Gas”的研究论文，该文为浙江大学、福建师范大学与淮阴师范学院合作发表。
气体分离与纯化在现代化工行业中至关重要。与传统的低温精馏相比，基于多孔材料的吸附分离技术具有节能高效等优势，被认为是最有前途的分离技术之一。高性能多孔材料是吸附分离技术中的关键，可分为刚性和柔性两类。刚性多孔材料在提高气体吸附量时难以同时提升分离选择性。另一方面，柔性多孔材料在打开孔道后会吸附其他气体，影响分离性能的预测。此外，柔性多孔材料在低压下几乎不吸附气体，难以去除混合气体中的微量杂质。
该文报道了一种基于超分子纠缠的刚性-柔性HOF材料ZJU-HOF-8a（图1）。该材料具有四重互穿的晶体结构，相邻子网络之间通过丰富的超分子纠缠相互作用连接，既能稳定整体框架，又能赋予其一定的柔性。
图1. ZJU-HOF-8a的制备过程及相关晶体结构
ZJU-HOF-8a对丙烷和正丁烷表现出显著的刚性-柔性吸附行为，既有较高的气体吸附量（68.4和81.8cm3 g-1），又有较高的相对于甲烷的分离选择性（123和1059）。这得益于该材料独特的孔道结构，包括刚性的菱形孔道和柔性的笼状孔袋。正丁烷分子可以打开笼状孔袋，获得额外的吸附位点，从而提高吸附量和选择性。
理论模拟和穿透实验表明，正丁烷分子可以吸附于刚性菱形孔道并打开柔性笼状孔袋，从而获得额外的吸附位点（图2）。由于具有更强的结合能力，每个正丁烷分子在两处吸附位点均与框架产生更多的超分子弱相互作用，进一步提高了正丁烷的吸附量和选择性。
图2. 吸附位点的GCMC模拟和混合气体的穿透实验
该HOF材料在天然气纯化中表现出良好的分离能力。该研究揭示了刚性-柔性多孔材料在气体吸附与分离领域的应用潜力，并为开发高性能的刚性-柔性多孔材料提供了设计策略。
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.202404734
编辑：王慧 审核：严玉波
