2026年2月2日，暨南大学化学与材料学院曾恒教授、陆伟刚教授和李丹教授在Chem期刊发表了题为“Zn₈(CH₃COO)₈-siloxane cluster-based metal-organic frameworks for inverse propylene/propane separation”的研究成果。该成果通过计算辅助开发C₃H₈-选择性MOF的通用策略，实现C₃H₈/C₃H₆公斤级分离及聚合级C₃H₆钢瓶收集。

论文通讯作者是曾恒、陆伟刚、李丹；第一作者是谢小静、曹绮云。

聚合级（≥99.5%）丙烯（C₃H₆）是石油化工行业的关键原料，年产量已超1亿吨。当前工业生产主要依赖石脑油裂解和丙烷（C₃H₈）脱氢工艺，但这些过程不可避免地产生一定量的C₃H₈副产物。因此，从C₃H₆中去除C₃H₈是获得聚合级C₃H₆的关键步骤。由于C₃H₆与C₃H₈在物理化学性质上极为相似，工业上常用的热驱动低温精馏分离过程能耗极高。

其中基于多孔材料的吸附分离被认为是一种有效途径。金属有机框架材料（MOFs）因其极高的比表面积、可调控的孔道结构以及表面化学可修饰性，在丙烯/丙烷（C₃H₆/C₃H₈）分离领域展现出广阔的应用前景。目前，多数研究集中于开发C₃H₆-选择性吸附剂，但此类材料在获得高纯度丙烯时仍需经历能耗高且工艺复杂的脱附过程。相比之下，具有C₃H₈-选择性吸附剂可直接吸附杂质组分，从而一步获得高纯度C₃H₆，具有更突出的应用潜力。然而，由于C₃H₆/C₃H₈在极化率及分子尺寸上差异极小，构建对C₃H₈具有优先吸附能力的MOF材料极具挑战。迄今，仅有少数MOF被报道具备C₃H₈-选择性吸附性能，且这些发现多基于特定案例，尚缺乏系统性、普适性的材料设计策略。

图1：计算辅助开发C₃H₈-选择性MOF的通用策略，实现聚合级C₃H₆钢瓶收集示意图。

相比以往通过非极性基团功能化有机连接体来提高烷烃/烯烃选择性的传统方法，暨南大学曾恒教授、陆伟刚教授和李丹教授团队利用计算辅助筛选策略，从大量MOF簇节点中精准识别出对C₃H₈具有优先吸附能力的锌硅氧烷簇Zn₈[(MeSiO₂)₄]₂(COO)₈，并以该簇为节点结合不同二羧酸配体，成功构筑了9种C₃H₈-选择性MOFs (JNU-66-I/II/III/IV/V/VI/VII，JNU-67，JNU-68)。298 K单组分吸附测试结果显示，相比C₃H₆，这类材料均优先吸附C₃H₈。研究人员通过理论计算、多种原位实验表征以及遮蔽簇的对比材料实验证明了该簇在优先吸附C₃H₈过程中起到关键性作用。其中性能最佳的JNU-66-II，与其他C₃H₈-选择性高性能材料如FDMOF-2、HIAM-402和PCP-IPA相比，JNU-66-II在吸附动力学、脱附动力学、分离潜力、吸附焓、循环稳定性及材料成本这六项关键指标都表现出明显的优势，满足工业生产对于吸附剂的要求。随后，团队开展了一系列实验室规模的动态穿透实验。结果表明，JNU-66系列均可对等摩尔C₃H₈/C₃H₆混合气实现高效分离，直接一步获得聚合级（≥99.5%）C₃H₆。为了推动实际应用，研究团队开展了公斤级放大实验，使用0.54 kg的JNU-66-II对C₃H₈/C₃H₆ (5/95)混合物进行分离，并通过8 L气瓶在过程中直接收集C₃H₆，平均可获得约54.6 g的聚合级C₃H₆，充分证明了该材料的工业化潜力。

图2：(A) 基于Zn₈Si₈O₁₆簇的MOFs的合成示意图；(B) 基于Zn₈Si₈O₁₆簇的MOF中，配体及其官能团调控的孔径尺寸；(C) C₃H₈和C₃H₆在298 K下的单组分吸附/脱附等温线；(D) JNU-66-II与其他高性能材料对比的综合性能雷达图；(E) C₃H₈/C₃H₆公斤级分离与C₃H₆收集的大型实验装置示意图；(F) C₃H₈/C₃H₆ (5/95) 混合组分在0.54 kg JNU-66-II上的穿透曲线；(G) 用于收集C₃H₆的10个8 L钢瓶的照片。

该研究不仅提出了一种基于特定功能金属簇的C₃H₈/C₃H₆反转分离通用设计策略，也为构筑应对挑战性气体分离体系的先进吸附剂提供了新的思路。（来源：科学网）

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2025.102862