二氧化碳（CO₂）和乙炔（C₂H₂）在尺寸、形狀和物理性質(zhì)上的相似性使得C₂H₂生產(chǎn)過程中從產(chǎn)品中分離出主要雜質(zhì)CO₂成為一個巨大的挑戰(zhàn)。雖然多孔材料的使用可以取代溶劑萃取、低溫蒸餾等昂貴和高能耗的技術(shù)，但是盡在標(biāo)準(zhǔn)壓力下，高的CO₂/C₂H₂吸收率和少量的C₂H₂吸附現(xiàn)象在近幾年才被意外地發(fā)現(xiàn)，而且實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的總體設(shè)計策略仍然缺乏。

基于此，中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所郭國聰研究員和王明盛研究員（共同通訊作者）等人報道了一種有效的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移（PIET）策略，并且在具有光致變色活性聯(lián)吡啶兩性離子的MOF中獲得了多孔材料的第二高CO₂/C₂H₂吸附比值。

首先，作者選擇了一種光活性兩性離子配體來構(gòu)建CO₂優(yōu)先的MOF。研究發(fā)現(xiàn)具有路易斯酸位點(diǎn)或強(qiáng)靜電場的MOF有利于吸附CO₂，并可能適用于容納CO₂和區(qū)分CO₂/C₂H₂。兩性離子對于正電和負(fù)電基團(tuán)的存在具有固有的電場梯度，是構(gòu)建CO₂優(yōu)先MOF的良好候選者。雙吡啶鎓兩性離子很容易通過PIET形成穩(wěn)定或亞穩(wěn)定的自由基產(chǎn)物，表現(xiàn)出電子轉(zhuǎn)移光致變色現(xiàn)象。

其次，還包括一種具有比光活性兩性離子更強(qiáng)的給電子能力的含氧配體。當(dāng)兩性離子發(fā)生分子內(nèi)電子轉(zhuǎn)移時，從含O配體到兩性離子的PIET不會導(dǎo)致電場梯度的損失，從而避免了CO₂吸附的減少。同時，C₂H₂易與O原子形成H-C≡C-H…O氫鍵。失去一個電子會削弱O原子的H接受強(qiáng)度，從而使C₂H₂的吸附減少。

在光誘導(dǎo)產(chǎn)生自由基物種后，作者首次觀察到了前所未有的光控門效應(yīng)。這些發(fā)現(xiàn)將啟發(fā)設(shè)計和合成用于高效氣體吸附和分離的多孔材料。

Photoinduced Electron-Transfer (PIET) Strategy for Selective?Adsorption of CO₂ over C₂H₂ in a MOF. Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202105491.

https://doi.org/10.1002/anie.202105491.