2025年12月2日，南开大学卜显和院士、许健团队在Angewandte Chemie International Edition期刊发表题为“Reticular Chemistry-Guided Topology Engineering of Pillar-Layer Metal-Organic Frameworks for Boosting SF6/N2 Separation”的研究论文，团队成员Zhang Kuo为论文第一作者，许健为论文通讯作者。
该研究利用网状化学与拓扑导向的孔道工程，报道了一种基于六角网格（hxl）层柱撑、罕见非穿插MOF，其由混合O-和N-供体连接体桥联的六核Ni₆簇构成。值得注意的是，该材料具有均匀的三角形孔道、最佳的极微孔尺寸和正表面电势，构成了SF₆的分子陷阱。凭借这些孔道特性，该材料对SF₆相对于N₂表现出优异的低压吸附容量和选择性，显著优于柱撑sql和kgm拓扑MOF的对应材料，并与一些领先的吸附剂性能相当。理论与晶体学联合研究揭示了拓扑导向的孔道调控在SF₆吸附方面的优越性。穿透实验表明，该MOF能够在环境条件下从二元SF₆/N₂混合物（10/90，v/v）中回收高纯度（>99.9%）的SF₆，并实现了单次吸附-脱附循环中创纪录的高产率。此外，优异的稳定性、低成本的可扩展合成赋予其巨大的应用前景。
微孔金属－有机框架（MOFs）因其可通过金属离子或簇与有机配体通过配位键组装，实现定制化扩展结构的设计，从而在气体吸附与分离领域脱颖而出。在该材料家族中，柱层MOFs因其模块化组装、可编程结构和可调变的孔道环境而受到特别关注。修饰层和柱的基元或在其上安装功能基团，可生成一系列具有相同底层拓扑的同构MOF，构成一个通用平台。最著名的例子包括具有pcu拓扑的MOFs，其三维框架通过无机阴离子或有机配体对sql层进行柱撑而构建。在过去十年中，大量柱层MOFs被构建出来，并在C₂H₆/C₂H₄、C₂H₆/CO₂、C₂H₂/C₂H₄、SO₂/CO₂、SF₆/N₂等分离领域取得了巨大进展。这些成就促使研究人员进一步探索具有多样化拓扑的类似MOFs，以期不仅实现孔道尺寸的精确调控，同时解决稳定性和穿插问题。
总之，该研究探讨了通过柱撑不同类型的边传递二维网络来构建微孔MOFs。其中，柱撑hxl-MOF（Ni-hxl-pyz）通过六核Ni₆簇与混合O-和N-供体连接体的组装精细制备而成，从而避免了UiO型结构的生成。在环境条件下，该MOF展现出优异的低压SF₆吸附容量（0.1 bar下> 2 mmol g⁻¹）和高达1354的SF₆/N₂选择性，使其跻身于SF₆/N₂分离领域的领先吸附剂之列。穿透实验表明，由于其低吸附热，无需高温脱附即可从SF₆/N₂混合物（10/90，v/v）中获得产率为30.1 L kg⁻¹、纯度超过99.9%的SF₆。结合密度泛函理论DFT计算、单晶X射线衍射和原位红外光谱的结果，清晰地阐明了与拓扑导向的孔道限域效应相关的吸附机理。从实际应用的角度看，Ni-hxl-pyz在循环穿透实验和苛刻化学条件下均表现出优异的稳定性。更重要的是，其合成可轻松规模化，成本低至163.6美元/千克，与目前报道的材料相比，实现了更均衡的综合性能。因此，该工作不仅丰富了柱层MOF的体系，也展示了网状化学引导的拓扑工程策略在提升气体吸附与分离性能方面的有效性。
（来源：生化环材人版权属原作者 谨致谢意）
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