
上海有機(jī)所在含氟多孔分子晶體材料方向取得進(jìn)展
氟化氣體在化工、制冷、空調(diào)、醫(yī)療及有機(jī)合成等領(lǐng)域中具有重要應(yīng)用。然而,其排放會(huì)導(dǎo)致顯著的溫室效應(yīng)。其中,六氟化硫作為關(guān)鍵工業(yè)氣體,被廣泛用于絕緣與蝕刻,但同時(shí)也是最強(qiáng)的溫室氣體之一。2018年全球SF6排放量約為9000噸,引發(fā)了嚴(yán)重的環(huán)境擔(dān)憂。由于其高度化學(xué)惰性,SF6極難分解,通常需在高溫、等離子體或射頻放電等極端條件下處理,不僅能耗巨大,還可能生成有害副產(chǎn)物。因此,利用多孔材料進(jìn)行高效SF6吸附與去除成為一種更具前景的綠色替代方案。
中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所趙延川研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于蝶烯類多孔材料的研發(fā) (JACS Au2022, 7, 1638; Cell Rep. Phys. Sci.2023, 4, 101508; ACS Appl. Mater. Interfaces2024, 16, 6403; Cryst. Growth Des.2025, 25, 6014)。團(tuán)隊(duì)發(fā)展了共價(jià)有機(jī)框架、自具微孔聚合物及分子多孔晶體等多種蝶烯類多孔材料,并深入研究了蝶烯分子形狀與自組裝的構(gòu)效關(guān)系。
目前,SF6吸附的機(jī)制主要是通過SF6分子中的氟原子與孔道表面形成F…π相互作用或F…H氫鍵。但這些作用機(jī)制的特異性并不強(qiáng),N2分子與孔道表面的π體系及氫原子同樣會(huì)產(chǎn)生類似的相互作用,對(duì)提高SF6/N2氣體選擇性不利。此外,目前報(bào)道的包含鹵鍵的多孔材料往往將鹵鍵作為連接結(jié)構(gòu)單元的工具,導(dǎo)致多孔材料無法通過鹵鍵與孔道中的氣體分子發(fā)生相互作用。為實(shí)現(xiàn)對(duì)SF6的高效分離,近日,該團(tuán)隊(duì)與華東師范大學(xué)何曉課題組合作研發(fā)了一種蝶烯分子多孔晶體FPMC-1-β,蝶烯結(jié)構(gòu)中一方面有大量的可以用作鹵鍵位點(diǎn)的具有σ空穴的溴原子,另一方面橋頭碳位置由甲基取代,可通過位阻使分子層在堆積組裝過程中發(fā)生位錯(cuò),使σ空穴暴露于孔道表面,從而可與SF6形成鹵鍵,為SF6/N2高效分離提供了一種新的策略 (圖1)。相關(guān)研究成果發(fā)表于Angew. Chem. Int. Ed. (DOI: 10.1002/anie.202517907)。
該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委和中國(guó)科學(xué)院的支持。

圖1. FPMC-1-β的結(jié)晶性、多孔性熱穩(wěn)定性、SF6吸附分離性能及吸附位點(diǎn)結(jié)構(gòu)
論文鏈接:https://doi.org/10.1002/anie.202517907
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