乙烯（C₂H₄）是全球最重要的基础化工原料之一，年需求量超过2.1亿吨。目前，工业上分离乙烯/乙烷（C₂H₄/C₂H₆）主要依赖高能耗的低温精馏技术，其能耗约占全球能源消费总量的0.3%。开发能够选择性吸附乙烷、一步法纯化乙烯的高性能吸附剂，是该领域亟待解决的关键问题。

针对上述挑战，西安交通大学化工学院杨庆远教授团队与北京大学杨四海教授合作，提出了一种基于“分子门控”效应的乙烷选择性吸附新策略。研究团队设计合成了锌-腺嘌呤基金属-有机框架材料ZAI-3N，通过在孔道中引入氨基功能基团，构建了温度响应型的“分子门”结构。在313K、1bar条件下，ZAI-3N对C₂H₆/C₂H₄的吸附量比高达10.6，IAST选择性达到11.7。同步辐射X射线粉末衍射与理论模拟揭示：乙烷的甲基可触发氨基旋转，促使“分子门”开启（能垒约5kJ/mol）；而乙烯的π电子则面临显著更高的扩散能垒（约11kJ/mol）。动态穿透实验证实，ZAI-3N可一步获得纯度超过99.4%的聚合级乙烯，且具有优异的循环稳定性。该“分子门控”策略还可拓展至丙烷/丙烯等其他具有工业挑战性的分离体系，为下一代吸附材料的设计提供了新思路。

近日，该研究成果以《具有分子门控效应的金属-有机框架材料用于乙烷/乙烯分离》(A Robust Metal-Organic Framework With 'Molecular Gates' for Efficient Separation of Ethane From Ethylene)为题发表于国际化学领域顶级期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。西安交大化工学院为该论文第一完成单位和第一通讯单位，西安交大杨庆远教授和北京大学杨四海教授为共同通讯作者，西安交大青年教师王少敏博士为论文第一作者。该研究工作获得了国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划、新基石科学基金会（科学探索奖）及北京分子科学国家研究中心等的支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.6088623

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