近日，长春工业大学罗小龙，深圳职业技术大学孙可以及吉林大学刘云凌教授团队在《Chinese Chemical Letters》上发表了题为“Directed synthesis of hierarchically porous Ni-MOF by Ni(DMA)6 template: Highly efficient MTO products separation”的研究论文（DOI：10.1016/j.cclet.2026.112865）。本研究提出了一种Ni(DMA)6配合物模板导向合成策略，制备出首例实现拓扑结构从mtn向crs转变的MOF材料。该材料具备微-介孔分级结构，对丙烯/乙烯表现出优异的吸附选择性以及乙烯提纯和丙烯回收能力。
甲醇制烯烃（Methanol-to-olefins，MTO）是绿色化学的关键技术，相较于石油裂解工艺，MTO技术可提升资源效率，通过低碳转化路径高效制备烯烃。该过程将来自煤或天然气的甲醇转化为烯烃，但C2H4和C3H6动力学直径相近，二者的高效分离已成为下游工业生产中的一大难题。金属有机框架（Metal-organic frameworks，MOFs）是一类多孔材料，凭借其可精准调控的孔道结构与丰富的化学可设计性展现出了极为广阔的应用前景。现有研究大多通过扩大孔径来提升MOF吸附性能，但孔径过大会破坏材料结构稳定性，向骨架中引入辅助配体虽能提升材料稳定性与气体分离性能，却大幅增加了合成难度与不可控性。
为了解决这些问题，本研究提出了一种“模板导向”的合成策略。该策略无需引入新配体，也无需对原有配体进行改性，利用Ni(DMA)6配合物占据原始超四面体笼边缘，以此改变配体与金属簇的配位角度。值得注意的是，这种重排将两个超四面体融合成扭曲的八面体笼，进一步诱导另外两个笼中的空间收缩。通过空间占位使Ni-MOF从4-连接的沸石mtn拓扑结构转变为6-连接的crs拓扑结构，使骨架形成了分级的微孔-介孔结构，其中微孔提供了大的表面积和丰富的吸附位点，而介孔作为气体扩散的“快速通道”。Ni-MOF表现出对丙烯较高的吸附容量（266.23/147.23 cm3/g），不同比例下（10/90，50/50，20/50，v/v）的理想吸附溶液理论（IAST）选择性为10.74，11.19和10.75。此外，动态穿透实验证实了其在不同比例下的高效分离性能，结合密度泛函（DFT）理论计算进一步验证C3H6与骨架之间的相互作用更强。该工作为MTO产物分离提供了新的材料设计思路。
图1 PCN-332（左）和化合物1（右）之间的结构比较
基于模板导向的合成思路，本研究引入Ni(DMA)6配合物作用于超四面体单元边缘，导致整体骨架的结构重排。在重排过程中，两个超四面体笼形成畸变八面体笼，其余笼腔产生空间收缩效应，由此获得微-介孔分级多孔材料。以畸变八面体为结构基元，骨架可呈现6-连接的crs拓扑，本方法首次实现了MOF从4-连接mtn拓扑到6-连接crs拓扑的精准拓扑转换。
图2 化合物1的吸附性能研究
鉴于Ni-MOF具有较高的比表面积和分级的微-介孔结构，且对C2H4和C3H6表现出了不同的吸附能力，我们针对不同组分比例的C3H6/C2H4体系开展了IAST选择性计算，结果证实该材料拥有优异的分离选择性能，在同类MOFs材料中表现突出。
图3不同比例下的C3H6/C2H4混合物穿透曲线以及各比例下对应的C2H4的提纯以及C3H6的回收
穿透曲线表明在总流速为10 mL/min条件下，Ni-MOF可实现C3H6/C2H4混合物的高效分离，实现99.9%的乙烯提纯以及99.0%的丙烯回收，在化工产业中展现出潜在的应用价值。
图4 化合物1中C3H6和C2H4的预测吸附位点和相互作用距离
通过DFT理论计算来阐明Ni-MOF中C3H6/C2H4的吸附分离行为，每种气体都确定了两个主要吸附位点：金属簇和噻吩官能团周围，并存在多重C-H···O和C-H···π作用，证实了Ni-MOF与C3H6间的相互作用强于C2H4。
综上，本研究提出一种Ni(DMA)6配合物诱导的模板合成新策略，成功将Ni-MOF骨架从4-连接mtn沸石拓扑转化为6-连接crs拓扑，提升了合成路线的简洁性。材料内部存在三种构型各异的笼腔结构，相互连接构筑出典型的微-介孔多级孔框架，可协同实现分子存储与筛分。单组分吸附、IAST选择性模拟、动态穿透测试结合DFT理论计算，多角度证明该框架可高效分离MTO混合产物。本工作完整实现了分子预先设计、结构精准调控、功能定向优化的研究思路。凭借出众的分离性能，该材料在化工分离领域具备广阔工业化应用前景，可为烯烃分离技术的创新与实际应用提供新选择。
本研究成果得到了吉林省自然科学基金、深圳职业技术大学校级科技类重点项目的支持。
通讯作者个人简介：罗小龙，长春工业大学化学与生命科学学院副教授，博士生导师，现任材料科学高等研究院副院长。课题组以新型MOFs材料的结构设计与功能调控为核心，重点围绕MOFs材料的精准构筑、位点调控以及绿色催化、能源高效利用等方向，聚焦拓扑转化与孔道微环境优化，重点开展CO2捕获转化、低碳烃类分离、便携式荧光传感检测等相关技术的理论探究与性能优化研究，为绿色低碳发展提供技术支撑。先后以第一作者或通讯作者身份在J. Am. Chem. Soc., Mater. Lett., Chin. Chem. Lett., CrystEngComm 和 Cryst. Growth Des.等国际知名化学期刊上发表SCI论文30余篇。
通讯作者个人简介：孙可，深圳职业技术大学智能制造技术研究院超声技术研究所全职科研人员，2022年4月至2025年4月于中国科学院深圳先进技术研究院从事博士后研究，2025年6月入职深圳职业技术大学，长期致力于自由基化学、光化学、超声化学及纳米材料等研究，并取得了一系列创新性成果。截至目前，共发表论文40余篇，其中包括Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Compos. Hybrid Mater., Coord. Chem. Rev., Adv. Funct. Mater., Chem. Eng. J., J. Photoch. Photobio. C, Photochem等一作/通讯高水平论文20余篇，论文总引用次数1700余次，主持/参与国家级、省部级、市厅级、校级项目等共17项。
通讯作者个人简介：刘云凌，吉林大学“唐敖庆学者”卓越教授，博士生导师，教育部新世纪优秀人才。主要从事多孔功能材料的设计合成、气体储存与分离、催化等研究。在国际学术期刊J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Sci.等发表SCI论文150余篇。先后主持并参与国家自然科学基金委面上项目、基金委创新研究群体、国家重点研发计划、航天系统部装备部等项目十余项。2012年获吉林省青年科技奖。
第一作者个人简介：赵佳硕，长春工业大学化学与生命科学学院2025级博士研究生，主要研究方向是金属有机框架材料的构筑和小分子吸附分离性能研究
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cclet.2026.112865
出品｜CCL编辑部
供稿｜罗小龙、孙可、刘云凌
审核｜王俊丽
审定｜郭焕芳
