近日，太原理工大学杨江峰教授课题组在《Chemical Science》（IF=7.4）上发表题为“Rationally Designed Tetrahedral-Configuration-Matching Methane Trap in a Metal–Organic Framework for Efficient CH4/N2 Separation”的研究型论文。
通过吸附法从煤层气中富集和提纯甲烷具有重要意义，但因其与氮气分子尺寸及物理性质极为相似而颇具挑战性。为此，团队创新性提出了一种“四面体构型匹配”的金属有机框架甲烷捕获剂TUTJ-3Ni。该材料中的环丙基基团被精确定位，从而构建出一种预先配置的孔隙结构，在几何形状上与四面体甲烷分子形成完美互补。实验表明，TUTJ-3Ni的甲烷吸附热（30.3 kJ/mol）显著高于其类似物TUTJ-2Ni（24.0 kJ/mol）；同时，TUTJ-3Ni表现出较高的CH4/N2选择性（11.1）。原位光谱和理论建模结果进一步揭示，由环丙基基团的两个氢原子以及配体中的氟原子和氧原子共同构建的匹配四面体结合口袋，能够通过协同范德华力与甲烷的四个氢原子发生多位点相互作用。穿透实验结果证实，TUTJ-3Ni可从煤层气中获得高纯度甲烷（>99.9%）。
该论文的第一署名单位为太原理工大学，通讯作者为张飞飞副教授，李晋平教授和杨江峰教授，第一作者为2023级博士研究生王亚婷。论文链接：https://doi.org/10.1039/D6SC02393B
