Nature Chemistry：非孔晶體實現CO?“溶解式”吸附，天然氣提純迎來新材料革命！

面對全球能源需求激增與碳中和目標，高效節能的氣體分離技術成為科研熱點。英國謝菲爾德大學與曼徹斯特大學團隊近日在《自然·化學》發表突破性研究，開發出一類表面無孔卻具有“潛伏孔隙”的銀配位聚合物，可在一定壓力下像“溶解”一樣選擇性吸附CO?，而對CH?幾乎不吸附，展現出優異的CO?/CH?分離性能。

研究背景：為何氣體分離如此重要？

工業中許多氣體都是以混合物的形式存在，如天然氣中的CO?與CH?、藍氫生產中的CO?捕集等。傳統分離方法如蒸餾、胺吸附等能耗巨大，占全球能源消耗的10–15%。
柔性多孔材料（如第三代/第四代MOFs）因其可調控的吸附行為備受關注，但能在非孔與多孔態之間可逆轉變、并具備高選擇性的材料仍極為罕見。

創新亮點：非孔晶體中的“溶解式吸附”

研究人員設計了一系列結構相似的銀配位聚合物（AgCPs），其化學通式為：
[Ag?(O?C(CF?)?CF?)?(TMP)?]，其中TMP = 2,3,5,6-四甲基吡嗪，m = 2–6控制全氟烷基鏈長度。

這些晶體看似無孔，卻在CO?壓力超過某一“門控壓力”時發生結構轉變，允許CO?分子進入并“溶解”在全氟烷基鏈區域，而CH?則因與全氟烷基不互溶而無法進入。

? 關鍵機制： 光控壓力吸附：CO?吸附呈現典型的F-III或F-IV型等溫線，具有明顯的“門控”行為； 鏈長調控：門控壓力隨全氟烷基鏈長度增加而升高，實現可預測的吸附調控； 高選擇性：在CO?/CH?混合氣中，材料幾乎100%選擇性吸附CO?。

1. 重力吸附測試：確認CO?吸附容量可達每分子式單元2–3.4個CO?分子，而CH?幾乎不吸附；

2. 原位粉末X射線衍射：觀察到吸附過程中晶體體積顯著膨脹，確認“門開”結構轉變；

3. 單晶X射線衍射：首次直接“看到”CO?分子在晶體中的三個結合位點，包括與TMP配體的C–H···O氫鍵、π···C=O相互作用，以及與全氟鏈的C–F···C靜電作用。

這類材料具備以下優勢：

• 高選擇性：在高壓下實現CO?/CH?高效分離；

• 可調門壓：通過改變全氟鏈長度，適配不同工業操作壓力；

• 結構明確：晶體結構清晰，為后續材料設計提供藍圖；

• 可逆性與穩定性：吸附-脫附循環后結構可恢復，具備良好再生潛力。

• 標題：Selective CO? uptake mimics dissolution in highly fluorinated non-porous crystalline materials

• 期刊：Nature Chemistry https://doi.org/10.1038/s41557-025-01943-4

（來源：央視新聞版權屬原作者 謹致謝意）