另辟蹊徑！新型金屬有機框架吸附材料開發成功
近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員王樹東團隊與沙特阿拉伯國王科技大學教授賴志平團隊合作，提出了一種通過原位氟化合成Fe基金屬節點的策略。團隊設計合成了一種新型全氟節點金屬有機框架（MOFs）——DNL-9(Fe)，該材料是一種具有螺旋氟橋金屬節點結構的Fe-MOFs吸附劑，可用于潮濕條件下的C2H2/CO2吸附分離。相關成果發表在《化學科學》上。
C2H2/CO2具有相同的動力學尺寸、相似的極化率和相近的沸點，在潮濕的工業環境中吸附分離C2H2和CO2具有挑戰。MOFs是一種孔道豐富，結構可調的多孔材料，但是其穩定性、耐水性相比于活性炭和分子篩較差，這也限制了其在C2H2潮濕環境下分子的吸附和C2H2/CO2的分離。
相比于在MOFs中引入不飽和金屬位點、有機配體功能化等調控手段，構筑含氟陰離子等氫鍵受體提供了另一種途徑來增強客體分子與骨架間的相互作用。該方法通過強化C2H2與MOFs限域孔道內的氫鍵作用實現C2H2的選擇性吸附，同時可以提升材料的耐水性和抗水氣吸附干擾能力。然而，在MOFs的合成中難以對金屬節點進行原位氟化配位。目前，構筑含氟MOFs單元通常采用價格昂貴的商業試劑，這也阻礙了含氟MOFs的低成本生產與實際應用。
本工作中，研究團隊另辟蹊徑，在DMF溶劑高溫分解條件下構造出還原性合成環境，促進了F原子與金屬Fe的直接配位絡合。團隊采用簡單的HF試劑，實現了Fe-MOFs的金屬節點的原位氟化和螺旋結構拓撲鏈的生長，從而開發出具有混合變價的[Fe6(μ-F)6F8]配位節點的全氟Fe基材料DNL-9(Fe)。它的結構區別于常見的節點，是一種環境友好型吸附劑。
該材料還具備優異的耐水性和化學穩定性，在潮濕環境中可以高效分離C2H2/CO2，一次提濃后的C2H2純度即可達到99.9%。同時，氟化的金屬位點Fe-F-Fe有效降低了H2O和C2H2分子的吸附熱，在真空條件下即可循環再生，可以應用于變壓吸附和真空解吸工藝。
本工作為多孔材料結構設計、MOFs的氟化改性和吸附分離提供了新的思路。
相關論文信息：https://doi.org/10.1039/d2sc06699h
