化材学院何亚兵教授课题组在AngewandteChemie上发表研究成果

近日，浙江师范大学化材学院何亚兵教授课题组在气体吸附分离领域取得重要突破，相关研究成果以“Efficient Methane Purification Using a Robust and Recoverable Hydrogen-Bonded Organic Framework”为题，发表于国际权威期刊Angewandte Chemie International Edition。

甲烷作为重要的清洁能源和化工原料，在全球能源结构和工业生产中占据核心地位。然而，甲烷常与二氧化碳、乙炔等气体共存于天然气、沼气等混合气体中，其高效分离与纯化是工业应用中的关键环节。开发高效的甲烷分离技术不仅能提升能源利用效率，增加资源附加值，还能减少温室气体排放，对实现碳中和目标具有重要意义。因此，设计高效、低能耗且可再生的甲烷分离材料成为能源与材料科学领域的研究热点。

传统多孔框架材料在气体吸附领域面临再生利用困难等瓶颈问题，而氢键有机框架材料（Hydrogen-bonded Organic Frameworks, HOFs）作为一种新兴的多孔材料，为解决这一难题提供了新思路。HOFs由有机分子通过氢键自组装形成，具有结构可调、合成条件温和、再生性能优异等独特优势。何亚兵课题组成功设计并合成了一种四配位噻吩官能化衍生物，并以此为配体制备了新型氢键有机框架材料HOF-ZJNU-1。该材料表现出优异的C₂H₂/CH₄和CO₂/CH₄选择性，分别达到15.4和7.0，同时实现了目前HOF材料中最高的C₂H₂和CO₂堆积密度。动态穿透实验表明，HOF-ZJNU-1能够高效地从二元甚至三元混合气体中提纯甲烷，甲烷生产率高达2.34 mol kg-1，且再生能耗较低。该材料在极端化学环境（12 M HCl至20 M NaOH溶液）中仍能保持优异的化学稳定性。此外，当材料活性出现衰减时，仅需通过简单的二氯甲烷溶液旋转蒸发处理即可实现近乎定量的高效再生，显著提升了材料的实用性和经济价值。

综上所述，HOF-ZJNU-1凭借其卓越的化学稳定性、超高堆积密度、优异的吸附选择性以及简便的再生能力，成为一步法CH₄净化中同时捕获C₂H₂和CO₂的理想多孔吸附剂。此研究不仅为甲烷的高效分离与纯化提供了新材料，也为开发适用于苛刻条件的坚固HOF材料提供了新思路，具有重要的科学意义和应用前景。

此论文第一作者为化学与材料科学学院22级硕士研究生林胜杰，陈德利副教授提供了理论计算支持，何亚兵教授为通讯作者，浙江师范大学为论文唯一完成单位。此论文工作得到国家自然科学基金面上项目和浙江省自然科学基金重大项目等的资助。

编辑：张文潇

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