西安交大杨庆远教授团队在低碳烃分离领域取得重要进展
2026/04/20
乙烯(C₂H₄)是全球最重要的基础化工原料之一,年需求量超过2.1亿吨。目前,工业上分离乙烯/乙烷(C₂H₄/C₂H₆)主要依赖高能耗的低温精馏技术,其能耗约占全球能源消费总量的0.3%。开发能够选择性吸附乙烷、一步法纯化乙烯的高性能吸附剂,是该领域亟待解决的关键问题。
针对上述挑战,西安交通大学化工学院杨庆远教授团队与北京大学杨四海教授合作,提出了一种基于“分子门控”效应的乙烷选择性吸附新策略。研究团队设计合成了锌-腺嘌呤基金属-有机框架材料ZAI-3N,通过在孔道中引入氨基功能基团,构建了温度响应型的“分子门”结构。在313K、1bar条件下,ZAI-3N对C₂H₆/C₂H₄的吸附量比高达10.6,IAST选择性达到11.7。同步辐射X射线粉末衍射与理论模拟揭示:乙烷的甲基可触发氨基旋转,促使“分子门”开启(能垒约5kJ/mol);而乙烯的π电子则面临显著更高的扩散能垒(约11kJ/mol)。动态穿透实验证实,ZAI-3N可一步获得纯度超过99.4%的聚合级乙烯,且具有优异的循环稳定性。该“分子门控”策略还可拓展至丙烷/丙烯等其他具有工业挑战性的分离体系,为下一代吸附材料的设计提供了新思路。
近日,该研究成果以《具有分子门控效应的金属-有机框架材料用于乙烷/乙烯分离》(A Robust Metal-Organic Framework With ‘Molecular Gates’ for Efficient Separation of Ethane From Ethylene)为题发表于国际化学领域顶级期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)。西安交大化工学院为该论文第一完成单位和第一通讯单位,西安交大杨庆远教授和北京大学杨四海教授为共同通讯作者,西安交大青年教师王少敏博士为论文第一作者。该研究工作获得了国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划、新基石科学基金会(科学探索奖)及北京分子科学国家研究中心等的支持。
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