第一作者：林銳標，李立博，周浩龍
通訊作者：周偉，陳邦林
通訊單位：美國德州大學圣安東尼奧分校(University of Texas at San Antonio)、美國國家標準與技術研究所(National Institute of Standards and Technology)
研究亮點：
利用含有高孔結構剛性，尺寸/形狀匹配孔結構的金屬有機框架材料，實現了對形狀和尺寸極其相近的乙烯乙烷的分子篩分。
乙烯是石油化工產業的核心，全球年產量過億噸，其產品占石化產品的70%以上,在國民經濟中占有不可忽視的重要地位。在乙烯生產過程中，往往需要通過低溫工藝分離乙烷來實現提純，這一工藝耗能巨大。近年來，以MOF為代表的多孔材料在乙烯/乙烷的吸附選擇性分離領域取得了諸多重要進展。
通過分子篩分的方式可以實現乙烯乙烷的完全分離。這種方式也可以進一步用于更高效的膜分離。由于乙烯乙烷的尺寸差別極小(亞埃級別，10-2 nm)，要求多孔材料需具有很高的尺寸匹配度。然而，由于MOF材料中的有機組分具有一定的結構柔性（如旋轉，翻轉），其孔道尺寸在吸附過程中容易發生改變，難以實現分子篩分。
圖1. 典型MOF材料中的有機組分柔性與本文材料中的配體配位方式對比
有鑒于此，美國德州大學圣安東尼奧分校的陳邦林、美國國家標準與技術研究所的周偉等團隊合作發現，得益于有機配體的剛性配位幾何，含有高孔道剛性的一例鈣的MOF材料能實現對乙烯/乙烷的分子篩分分離。
圖2. 本文MOF材料的結構及吸附性能
研究人員通過單晶衍射和理論計算發現這種微孔MOF的孔道結構在多種條件下都能很好地維持，這是實現對乙烯乙烷篩分分離的關鍵。在室溫常壓條件下，該MOF材料能從多種含乙烯的復雜混合物（包括模擬裂解氣）中成功分離出乙烯。該材料還具有出色的水穩定性。另外該材料可以通過簡便，綠色，易于大規模生產的方式得到，在實驗室已經能實現公斤級合成。
圖3. 乙烯在MOF中的分布及該MOF的剛性
圖4. 公斤級產品以及穿透曲線實驗
圖5. 復雜組份的穿透曲線實驗
總之，這項研究為尋找具有高效乙烯/乙烷分離性能的材料提供了全新的思路，進一步推動了MOF在高效、低能耗的工業分離中的實際應用。
《Nature Materials》還同期在線對該工作進行了特約評論。Nature Materials 特約評論人 Jorge Gascon教授評論稱：由于該MOF材料（UTSA-280）的剛性結構和便于大規模制備的優點，使其成為目前乙烯和乙烷分離最有效的材料之一。(A rigid and easily scalable metal–organic framework is shown to be among the most efficient materials for separating ethylene from ethane.)（Jorge Gascon et al. An efficient nanosieve, Nature Materials, 2018, https://www.nature.com/articles/s41563-018-0223-1）
作者簡介：
陳邦林(Banglin Chen)教授現任德克薩斯大學圣安東尼奧分校化學系杰出講座教授和該校杰出科學家學院成員。已在Science, Nat. Mater., Nat. Energy, Nat. Commun., Chem. Rev., Chem.Soc. Rev., Acc. Chem. Res., Chem, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.,Adv. Mater.等頂級學術期刊發表有重要影響論文280余篇及16項專利（轉讓專利1項），被引用38000余次。2016年獲德克薩斯大學圣安東尼奧專利發明獎，2017年獲得美國科學促進會會士 (AAAS Fellow)。2011年名列湯姆森路透集團發布的2000-2010年全球頂尖一百化學家名人堂榜單第十五名。2014至2018年連續五年列入高被引科學家(化學)。
周偉(Wei Zhou)博士，美國國家標準與技術研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）的材料化學家。研究興趣包括新型多孔材料，材料設計的理論計算，中子衍射和光譜學領域。近期的工作重點是通過結合各種實驗技術和第一性原理計算，開發各種用于氣體吸附，儲存和分離（CH4，H2，CO2，C2H2等）的先進材料。在Science、Nat. Mater., Nat. Energy, J. Am.Chem. Soc.、Angew.Chem. Int. Ed.、Adv. Mater. 等國際期刊發表160多篇論文，論文已被引用16000多次。2018年列入Web of Science高被引科學家名單。
參考文獻：
1. Rui-BiaoLin, Libo Li, Hao-Long Zhou, Wei Zhou, Banglin Chen, et al. Molecular sievingof ethylene from ethane using a rigid metal–organic framework. NatureMaterials, 2018.
DOI:10.1038/s41563-018-0206-2
https://www.nature.com/articles/s41563-018-0206-2
2. JorgeGascon et al. An efficient nanosieve, Nature Materials, 2018,
https://www.nature.com/articles/s41563-018-0223-1
