气体混合物的高效精细化分离是世界石油化工生产的关键技术及研究热点,其中CO2分离、CH4分离、烯/炔/烷烃分离、同分异构体(C4-C8)分离,Xe/Kr分离等是现代化工过程中高质量生产的难点和新挑战。传统的热驱动分离(如精馏分离和催化加氢分离)存在能耗高等缺陷,而采用非热驱动分离(如吸附分离和膜分离)不仅可以降低能耗,且分离效果显著。在吸附分离过程中,金属有机骨架(Metal-Organic Framework,MOF)材料因其多样的孔尺寸/形状以及易官能化等特点,为吸附分离技术提供了可靠的解决方案,但通常存在吸附容量和分离选择性难以兼具的现象(称为trade-off效应)。作为MOF材料的一个重要分支,阴离子柱撑MOF材料(Anion-Pillared MOF,APMOF)不仅具有优异的孔结构特性,而且其孔道内的强碱性无机阴离子位点(F、O、H等)为气体分子提供了丰富的氢键受体,形成了协同的主-客和客-客相互作用力,从而实现了气体混合物的高效分离。
近些年来,关于MOF材料的高质量综述文章不断涌现,但是,迄今为止,全面概述APMOF材料的综述性文章尚未报道。近日,常州大学黄维秋教授团队在国际化学顶级期刊Coordination Chemistry Reviews(中科院分区一区Top期刊,IF=24.8)发表了题为“A review on anion-pillared metal-organic frameworks (APMOFs) and their composites with the balance of adsorption capacity and separation selectivity for efficient gas separation”的长篇综述性文章(篇幅长达43页)。文章首先根据阴离子类型对APMOF材料进行了分类,包括MFSIX (MF62-, M = Metal)、FOXF (MOxF6-x2-)、DICRO (CrO72-)、BSF (B12H122-)、MOFOUR (MO42-)。然后,系统性地总结了APMOF及其复合材料在气体分离方面的研究进展,如CO2分离、C2H4纯化、C3H6纯化、C4异构体分离、C5异构体分离、二甲苯异构体(pX/mX/oX)分离和Xe/Kr分离。最后,提出了未来APMOF材料的研究趋势。
该论文第一作者为常州大学2020级材料科学与工程专业博士研究生李旭飞,黄维秋教授为该论文的唯一通讯作者,常州大学为该论文的独立完成单位。近年来,该课题组围绕有机废气及温室气体协同处理的研究难点和热点,在国家自然科学基金面上项目、江苏省重点研发计划(产业前瞻与共性关键技术)、江苏省研究生科研与实践创新计划等科研经费支持开展了系统研究,尤其对核心功能材料进行了深入研究,以李旭飞博士为第一作者取得了系列高水平研究成果(如Chem. Eng. J., 2022, 428: 132501; J. Solid State Chem., 2019, 278: 120890; 化学学报, 2021, 79: 459-471; 化学进展, 10.7536/PC220302. 等)。