金属有机框架材料（MOFs）已成为在气体吸附分离很有应用前景的多孔材料。网格化学使研究者们可以更为合理和系统的设计和调控它们的孔和通道尺寸，实现对气体吸附分离性能的提升。其中，高连接簇节点MOFs具有良好的热和化学稳定性(如：羧酸锆基MOFs)，但也使得它们难以形成小的孔道尺寸对气体进行吸附分离。相较于四连接和六连接节点的MOFs而言，构筑高连接节点MOFs在气体吸附分离的工作仍具有重大挑战。 近期，福建师范大学张章静教授和陈邦林教授，在构建高连接多核簇节点MOFs实现C2H2/CO2高效分离方面取得新进展，并揭示了π-共轭作用在气体吸附分离中的重要作用。 该工作构筑了一例具有十连接四核铜簇节点的FJU-112。FJU-112结构中的一维通道在双吡啶分割下，实现孔道尺寸的有效收缩和纳米笼的形成，为气体吸附分离提供了更优的结构环境。
通过系列的气体吸附实验表明，FJU-112的BET比表面积为674 cm3/g，且对C2H2和CO2都表现出了一定的吸附性能，其中C2H2的吸附量显著高于CO2 (C2H2/CO2: 74/39 cm3 (STP)/g)。同时，穿透实验表明，FJU-112对C2H2/CO2表现出理想的分离效果。 为深入探究主体框架对C2H2分子的吸附机理，采用GCMC模拟计算C2H2分子在FJU-112孔道中的分布。结果表明FJU-112对C2H2的优先吸附位点分布在四面体笼I孔腔内，通过π共轭和C-H···O氢键作用实现对C2H2的捕获。此外，笼II孔道中的次级吸附位点(O-Hδ–···Cδ+和C-H···π作用)也促进了对C2H2的吸附。同时，通过DFT对笼I和C2H2分子的静电势进行模拟计算，结果表明二者的静电势具有良好匹配性。理论计算证实了主客体之间的π共轭作用对C2H2分子的捕获起着重要作用。 总之，该工作通过合理设计构建了具有十连接四核铜簇节点的FJU-112，在双吡啶分割作用下，FJU-112的孔道空间结构得到有效改善，促进C2H2和CO2的分离。同时，揭示了主体框架对C2H2分子的吸附机理，为后续高连接多核簇节点MOFs的构建和气体吸附分离提供新的参考策略。 论文信息 Tetranuclear Cu(II) Cluster as the Ten Node Building Unit for the Construction of a Metal-Organic Framework for Efficient C2H2/CO2 Separation Fahui Xiang, Hao Zhang, Yisi Yang, Lu Li, Zhenni Que, Liangji Chen, Zhen Yuan, Shimin Chen, Zizhu Yao, Jianwei Fu, Shengchang Xiang, Banglin Chen,* Zhangjing Zhang*. 福建师范大学博士生项发晖和张昊为论文共同第一作者，张章静和陈邦林教授为共同通讯作者，该研究工作得到了国家自然科学基金、福建省自然科学基金的支持。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202300638
