由于分子筛咪唑框架材料ZIF具有丰富的结构设计和多孔结构，因此具有较强的捕碳应用前景。但是ZIF的本征链接分子能够动态变化，这阻碍ZIF的变压吸附应用于甲烷纯化和沼气增值领域。目前人们发现功能锁定（functionality-locking）策略有助于抑制链接分子的动态变化。但是在分离CO₂/CH₄的过程中，如何在结构刚性和吸附容量之间均衡是个巨大挑战。

有鉴于此，上海科技大学章跃标等发展了一种分步结构锁定方法增强ZIFs的CO₂吸附容量和CH₄纯化产量。

本文要点

（1）

作者通过分别在50 ℃、160 ℃、210 ℃活化分别得到锁定功能的晶相，ZIF-78-lt、ZIF-78-ht1、ZIF-78-ht2。通过气体吸附和XRD表征观测说明形成结构不同的锁定晶相。

（2）

作者发现链接分子之间π-π相互作用导致C-H^…O氢键的结合能从-0.64 kcal mol^-1增加为-2.77 kcal mol^-1和-5.72 kcal mol^-1，作者通过单晶XRD和DFT理论计算进一步的验证。在各种锁定晶相ZIF中，ZIF-78-ht1具有最高的CO₂吸附容量（298 K和30 bar, 18.6 mmol g^-1）。这项研究有助于从分子和能量上深入理解如何利用ZIF的柔性骨架结构改善多孔材料的气体分离性能。

参考文献

Tongtong Xu, Wentao Jiang, Yu Tao, Mahmoud Abdellatief, Kyle E. Cordova, and Yue-Biao Zhang*, Popping and Locking: Balanced Rigidity and Porosity of Zeolitic Imidazolate Frameworks for High-Productivity Methane Purification, J. Am. Chem. Soc. 2024

DOI: 10.1021/jacs.4c00045

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c00045