随着工业化的迅速发展，气体分离技术在环境保护和能源利用中的重要性日益增加。金属有机框架（MOFs）作为一种新型多孔材料，因其可调节的孔结构、高比表面积和强设计能力，在气体吸附和分离中展现了巨大的潜力。尤其是多组分MOFs，它们因能够整合不同的金属簇和有机配体，在气体分离和催化中具有显著优势。本文由 Ya-Nan Ma 等人（Angew. Chem. Int. Ed. 2025） 研究，提出了一种由腺嘌呤（Adenine）引导的金属有机框架（MOF），其通过严格周期性的合成方法，成功构建了一种新型的五元MOF（Quin-Zn-Ad-BTC）。该材料不仅展现了出色的乙烯分离性能，还为复杂气体混合物提供了一步法分离乙烯的高效方案，特别是在乙烯-乙炔（C₂H₂）和乙烯-乙烷（C₂H₆）混合物中具有优异的选择性。

一、研究背景

随着工业上乙烯生产需求的增加，乙烯的纯度要求不断提高，而常见的乙烯生产过程（如石油裂解）会产生大量的副产物，包括乙烯、乙烯和丙烯等轻烯烃。分离这些气体混合物一直是气体分离领域的研究难题，尤其是高效去除乙烯中的乙烷和乙炔。金属有机框架（MOFs）因其丰富的孔隙结构和高度可调性，成为研究重点。尤其是五元MOF材料，它们具有高度有序的结构和优异的气体吸附性能，具有良好的分离性能。

二、 研究问题

1️⃣ 如何通过腺嘌呤引导合成五元MOF并实现高效气体分离？

2️⃣ Quin-Zn-Ad-BTC的结构特性如何影响乙烯与其他烯烃类的分离性能？

3️⃣ 在C₂混合物及MTO产品中，如何通过该MOF高效分离乙烯？

4️⃣ 该材料在实际气体分离中的可重复性和稳定性如何？

三、 研究方法与主要发现

本研究通过一锅溶剂热反应合成了五元MOF Quin-Zn-Ad-BTC，其中包含了三种不同的锌基结构单元，并由腺嘌呤和1,2,4-苯三羧酸配体组装而成。利用单晶X射线衍射（SCXRD）分析，揭示了这一MOF结构中三种独特的锌结构单元：单核[ZnN2(O2C-)2]、双核[Zn2(Ad)3(O2C-)2]和六核[Zn6N3(μ-H2O)3(Ad)3(O2C-)6]，这些单元通过腺嘌呤和配体连接，形成了复杂的三维周期性网络。此外，Quin-Zn-Ad-BTC的气体吸附性能也经过了详细测试，结果显示其在低温下具有良好的气体吸附特性，特别是对于乙烯、乙烯和丙烯的选择性吸附显著。通过GCMC模拟计算，进一步揭示了该MOF材料对乙炔（C₂H₂）、乙烯（C₂H₆）和丙烯（C₃H₆）的优先吸附机制。

四、文章亮点

1、创新的五元MOF设计：通过腺嘌呤引导和苯三羧酸配体的双配体策略，成功合成出具有独特结构的五元MOF。

2 、三维网络结构：该MOF采用了三种不同的锌簇单元，形成了复杂且高度有序的结构，增强了气体分离的选择性。

3、 出色的乙烯分离性能：Quin-Zn-Ad-BTC能够高效分离乙烯-乙烯和乙烯-乙炔混合物，特别是在MTO产品中实现乙烯的高效分离。

4、 高选择性与高效性：材料展示了乙炔与乙烯、乙烯与乙烷的高选择性吸附能力，并能在常温常压下实现高效分离。

5、良好的稳定性与可重复性：在多次循环测试中，Quin-Zn-Ad-BTC表现出优异的再生能力和稳定性，验证了其在实际气体分离中的应用潜力。

五、总结

本研究提出了通过腺嘌呤引导合成的五元金属有机框架Quin-Zn-Ad-BTC，展现了其在乙烯分离中的优异性能。该MOF不仅具有复杂的结构特性，还展示了对乙烯与其他C₂气体的高选择性吸附能力，尤其在乙烯-乙烯和乙烯-乙烯-丙烯混合物中具有高效分离性能。未来，该材料有望在石油化工、环境保护等领域中发挥重要作用。

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