10月26日，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Science雜志在線發(fā)表了太原理工大學(xué)作為第一單位的研究論文“Ethane/ethylene separation in a metal-organic framework with iron-peroxo sites [Science, 2018, doi: 10.1126/science.aat0586]”。其中，化學(xué)化工學(xué)院李立博講師是論文的第一作者，美國(guó)德州大學(xué)圣安東尼奧分校林銳標(biāo)博士為共同第一作者，化學(xué)化工學(xué)院李晉平教授，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院WeiZhou博士和美國(guó)德州大學(xué)圣安東尼奧分校陳邦林教授為本文的共同通訊作者。這是太原理工大學(xué)首次在《Science》或《Nature》主刊上以第一單位發(fā)表研究論文，是一次歷史性的突破。

低碳烴是石油化工的重要基礎(chǔ)原料，然而其生產(chǎn)和提純過(guò)程中都伴隨著較高的能耗和污染，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也引起了一系列的能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題。乙烯作為全球最重要的化工原料（2016年全球產(chǎn)量超1.7億噸），其產(chǎn)能及生產(chǎn)技術(shù)水平是一個(gè)國(guó)家石油化工發(fā)展水平的重要標(biāo)志。傳統(tǒng)蒸汽裂解生產(chǎn)乙烯的過(guò)程中，會(huì)不可避免的產(chǎn)生乙烷等副產(chǎn)物，為了得到高純度聚合級(jí)乙烯產(chǎn)品，工業(yè)上常常需要多步多級(jí)的低溫精餾，導(dǎo)致產(chǎn)生巨大的生產(chǎn)能耗。

近年來(lái)，利用吸附分離工藝，以新型金屬有機(jī)骨架材料（MOFs）為吸附劑實(shí)現(xiàn)碳?xì)浠衔锏母咝Х蛛x，已成為學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)思路對(duì)乙烷/乙烯分離的研究，集中于利用MOFs材料中的不飽和金屬空位與乙烯形成的π鍵相互作用而選擇性吸附乙烯，來(lái)實(shí)現(xiàn)乙烷/乙烯分離。然而在實(shí)際生產(chǎn)中，乙烷雜質(zhì)的含量較低，需要進(jìn)行多個(gè)吸附-脫附循環(huán)才能夠得到較高純度的乙烯產(chǎn)品，顯著提高了吸附分離的生產(chǎn)能耗，制約了其工業(yè)應(yīng)用的發(fā)展。

在本文中，研究者們利用氧分子先與Fe-MOF材料中的不飽和空位結(jié)合，有效阻擋不飽和金屬空位與乙烯間的π鍵相互作用，顯著降低乙烯吸附量。同時(shí)，新構(gòu)建的Fe-O₂基團(tuán)能夠與乙烷顯示出更強(qiáng)的吸附親和力，實(shí)現(xiàn)吸附乙烷強(qiáng)于乙烯，從而達(dá)到選擇性脫除乙烯中雜質(zhì)乙烷的目的。

該設(shè)計(jì)思路不僅巧妙的實(shí)現(xiàn)了“乙烷-乙烯吸附反轉(zhuǎn)”，也制備出迄今最高效的乙烷選擇吸附劑，對(duì)不同濃度的乙烷/乙烯混合物一步分離得到聚合級(jí)乙烯。更重要的是，這種簡(jiǎn)單巧妙的思路可應(yīng)用于其他MOFs中，為乙烷/乙烯分離吸附劑的選擇開(kāi)辟出一條新途徑。

感謝國(guó)家自然科學(xué)基金（21136007，21606163）和山西省自然科學(xué)基金（201601D021042）等對(duì)本工作的支持。近年來(lái)，李晉平教授所領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在氣體分離領(lǐng)域不斷取得新的突破，在Science，J. Am. Chem. Soc.,Angew. Chem. Ed. Int.,J.Mater. Chem. A等系列國(guó)際著名期刊發(fā)表論文多篇，獲授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利十余項(xiàng)。