开发新型乙烷（C₂H₆）和乙烯（C₂H₄）分离材料是化工业中的一项重要研究。在一种对C2H6有选择性的材料中，同时达到对C₂H₆的高吸附和选择性仍然是一项巨大挑战。

近日，浙江大学李斌研究员与得克萨斯大学圣安东尼奥分校陈邦林教授合作，报道了不稳定性的氢键有机骨架（JLU-SOF₃）通过可逆固相转变，生成了一个新的棒状堆积脱溶骨架（ZJU-HOF-1），从而产生合适的空腔空间和功能表面来与C₂H₆进行最佳的相互作用。这一研究成果“A Rod-Packing Hydrogen-Bonded Organic Framework with Suitable Pore Confinement for Benchmark Ethane/Ethylene Separation”近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.期刊上（DOI: 10.1002/anie.202100342）。

图1. 脱溶剂后ZJU-HOF-1羧酸棒状堆积的三重互穿结构图

该团队合成的这种新型脱溶剂HOF框架材料ZJU-HOF-1具有一个通过氢键连接的三重互穿结构，表现了高的比表面积（1465 m² g^-1），且在c轴方向有一个直径为7.0 ？的一维孔道（图2）。由于棒状堆积和三重互穿的巧妙结构特性，在一维孔道周围形成了一连串由苯环和羧基构筑的笼状腔体（4.6 ？），该笼状腔体的尺寸与乙烷分子大小（4.4 ？）非常接近，同时其天然的非极性表面和羧基功能基团也易与乙烷分子形成更强的吸附作用力。这些独特的限域孔和高比表面积有望同时提高乙烷吸附量和分离选择性，克服trade-off效应。

图2. ZJU-HOF-1孔结构特性和笼状腔体

气体吸附实验表明，ZJU-HOF-1表现了同时高的C2H6吸附量（0.5 bar和298 K下为88 cm³ g^-1）和C₂H₆/C₂H₄分离系数（2.25），高于HOF-76和大多数乙烷类材料。理论计算表明，ZJU-HOF-1中合适的笼状腔体与功能孔道表面产生协同作用，使乙烷分子与框架结构间产生更强的多点相互作用，从而表现出优异的吸附分离性能。穿透实验进一步证实ZJU-HOF-1能够从乙烷/乙烯混合气体中直接高效地分离出高纯乙烯（纯度>99.95%），单次分离过程的乙烯生产量高达21.9 L/kg（图3），高于HOF-76（7.2 L/Kg）。作者表示，此外，该材料还表现出很高的化学稳定性和低吸水量，使其在高湿气环境下（60%RH）仍能保持高分离性能，具有良好的工业应用前景。

图3. ZJU-HOF-1的气体吸附曲线、吸附机理和穿透实验

（摘自X-MOL）