张祯歆,李砚硕：具有超小微孔的过渡金属氧化物分子筛用于C2烃类分离

baozhang

C2烃类的分离是近年来工业分离中最具挑战性的课题之一。开发高效、经济、节能的工艺是C2烃分离的发展方向。吸附分离因其效率高、成本低，是解决这一问题的有效途径之一。然而C2H4生产过程需要高温，而低温吸附分离过程造成能源浪费。因此，在高温下达到C2烃类混合物的分离将更加节能，高效。到目前为止，尝试在高温下进行C2烃类混合物分离的例子很少，而且分离温度较低。因此，开发用于C2烃类气体混合物高温分离的多孔材料至关重要。

       近日，宁波大学的张祯歆教授、李砚硕教授设计了一种基于ε-Keggin金属氧簇与金属离子连接的金属氧化物分子筛。由于材料的结构主要由金属氧八面体组成所以可以命名为Zeolitic Octahedral Metal Oxides（ZOMOs）。该材料的结构在亚原子尺度的可调节性。通过调节结构，该材料对C2H6、C2H4、C2H2的表现出不同吸附性能，具有较高的理想溶液吸附理论(IAST)选择性。ZOMOs与C2H6、C2H4、C2H2具有较强且有差异的相互作用，因此可以在高温下对C2烃类进行分离。

        动态竞争吸附实验表明，该材料能有效分离C2二元混合物甚至三元混合物，且具有较高的选择性。当温度提高到85℃时，材料仍能保持良好的分离性能。

        DFT计算模拟吸附后的能量变化趋势与根据实验计算的吸附焓的变化趋势一致，这证明了材料与C2气体分子之间吸附焓的差异和强相互作用是实现高温下实现气体吸附分离性能的关键。
        最后，基于ɛ-Keggin金属氧簇的ZOMOs具有超小微孔，孔隙可以在亚原子尺度通过改变材料的阳离子和结点金属得到调整，从而达到分离C2烃类，因此在C2烃类混合物的分离特别是高温分离中显示出很大的应用潜力。
       论文信息：
       Zeolitic Octahedral Metal Oxides with Ultra-Small Micropores for C2 Hydrocarbon Separation
       Jie Wang, Qianqian Zhu, Zhenxin Zhang*, Masahiro Sadakane, Yanshuo Li*, Wataru Ueda
      Angewandte Chemie International Edition
       DOI: 10.1002/anie.202106625


       文章来源：宁波大学
       张祯歆，男，博士，宁波大学材料科学与化学工程学院教授  。2008年本科毕业于太原理工大学，2011年硕士毕业于兰州大学，2014年博士毕业于日本北海道大学。2015年-2018年在日本神奈川大学进行博士后研究工作。2018年在日本东京工业大学进行研究工作。2018年11月-宁波大学教授。入选浙江省重点人才计划，浙江省高校领军人才培养计划。
       李砚硕，2000毕业于南京大学，获得学士学位；2006年毕业于中科院大连化物所，获得博士学位，之后留所工作，2011年破格晋升为研究员；2016年以学术领军人才身份加盟宁波大学。近年来，以第一作者或通讯作者在Science; Angew. Chem. Int. Ed.; J. Am. Chem. Soc.; Adv. Mater.; J. Membr. Sci.等重要期刊发表论文50余篇。近年来，先后承担包括国家自然科学基金优秀青年基金（2016）在内的5项国家自然科学基金委项目和多项国内外企业合作项目。近年来先后荣获国家自然科学奖二等奖（第二完成人，2015），科技部中青年创新领军人才（2018），中国科学院青年科学家奖（2016），欧盟“玛丽居里”学者，德国洪堡学者（2010年）等奖励。