煤层气小组ICF：富氧位点Ni-MOF的制备及其CH4/N2分离性能研究

低浓度煤层气的富集具有重要意义，然而，由于CH₄和N₂的物理性质相近使得其分离具有很大的挑战性。构筑富氧空位MOF孔道可以很好地实现CH₄/N₂的分离，但由于合成不可控性，该类材料一直鲜有报道。基于此，本论文设计合成了一种新的MOF骨架，TUTJ-201Ni。该材料的理论孔径为6.2 Å，孔道中富含氧位点，使得材料在CH₄/N₂分离方面展现出优越的性能。

该工作从材料结构、气体吸附和穿透实验等方面系统研究了TUTJ-201Ni材料的吸附机理和动态分离性能。研究结果表明，材料具有一维菱形孔道， SEM/EDX和XPS的结果证实了材料中含有大量的氧元素。从热重测试结果来看，TUTJ-201Ni展现出较高的热分解温度，这可能得益于其结构中的Ni-N键。此外，我们测试了材料的CH₄/N₂气体吸附性能，TUTJ-201Ni对CH₄展现出更高的吸附容量。相比于N₂，在低压区CH₄的吸附优势更加明显。GCMC和DFT计算的结果表明，材料中氧位点对CH₄吸附起着重要的作用，甲烷中氢原子与孔道中暴露氧位点之间弱氢键相互作用是材料CH₄吸附强于N₂的主要原因。穿透实验表明，TUTJ-201Ni可以在不同条件下实现CH₄/N₂的动态分离，且具有很好的循环稳定性。

该部分工作以“Construction of a novel nickel-based MOF with accessible oxygen sites for efficient CH₄/N₂ separation”为题发表在Inorg. Chem. Front.上（文章链接：https://doi.org/10.1039/d4qi01008f），文章第一作者为张飞飞老师，通讯作者为杨江峰教授。