MOCs的应用范围得到扩展，为碳氢化合物分离提供基准
高纯度的乙炔（C2H2）是合成化学品最常用的化学原料之一，例如合成α-乙炔醇和丙烯酸衍生物。C2H2主要是由烃裂化或甲烷部分燃烧产生的，与乙烯（C2H4）或二氧化碳（CO2）共存。然而，基于不饱和碳-碳和碳-氧键的结构，它们的分子尺寸，沸点和电负性非常接近，分离非常困难。传统的分离技术，例如低温蒸馏和变压吸附，是利用饱和蒸气压和沸点的差异进行分离。它们能耗较高，且分离效率较低。与传统的分离技术相比，非热驱动的吸附分离法可以在常温常压下操作，成本和能耗较低。但是，传统的吸附剂，例如沸石和活性炭，其表面积和孔隙率非常小，结构难以调控，很难用于气体吸附分离。因此，开发新型有效的结构可调吸附剂对于烃类分离非常重要。
吸附分离的性能在很大程度上受到吸附剂结构的驱动。目前，大量结构可调的多孔吸附剂被开发报道，包括金属-有机框架（Metal-Organic Frameworks, MOFs），共价有机框架（Covalent-Organic Frameworks, COFs），氢键有机框架（Hydrogen-bonded Organic Frameworks, HOFs）和金属有机笼（Metal-Organic Cages, MOCs）。其中，MOFs，COFs和HOFs材料在分离碳氢化合物方面都取得了重要进展。与扩展的多孔框架（MOFs和COFs）不同的是，MOCs作为离散分子，其扩展结构是由大量弱相互作用而不是强配位或共价键引起的。MOCs的分子性质赋予其可加工性优势，而这在其它高维框架中却难以实现。但是，目前为止MOCs在碳氢化合物分离方面尚未取得突破。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
近日，新加坡国立大学赵丹教授课题组通过利用网状化学，基于他们之前报道的ZrT-1和ZrT-1-NH2（J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 6231-6234），设计合成了一种稳定的四氮唑功能化的微孔MOC（ZrT-1-tetrazol），首次实现了MOCs对碳氢化合物的有效分离。相关成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.上（DOI: 10.1002/anie.202102585）。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
气体吸附等温线，IAST计算和穿透实验证明了ZrT-1-tetrazol对C2H2/C2H4和C2H2/CO2的低能耗分离。GCMC模拟和DFT计算结果表明，分子笼中的碱性或负电性N位点与C2H2的极性氢之间可发生静电相互作用，且被吸附的C2H2分子之间能够产生多个Cδ-···Hδ+偶极-偶极相互作用。与此同时，ZrT-1-tetrazol对C2H2的吸附能高于对C2H4和CO2，表明ZrT-1-tetrazol与C2H2的相互作用强于对C2H4和CO2。此外，四氮唑功能化的MOFs，包括UiO-66，CAU-1和MIL-101也实现了对C2H2/C2H4和C2H2/CO2的有效分离。
（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）
该工作扩展了MOCs的应用范围，为基于MOCs的碳氢化合物分离提供了基准。而且，该修饰策略可以潜在地应用于用四氮唑功能化的其它多孔材料，从而提供了针对特定应用定制孔环境的通用方法。
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