Deciphering Mechanisms of CO2-Selective Recognition over Acetylene within Porous Materials
南京大学张照强研究员和新加坡国立大学赵丹副教授针对目前兴起的CO2/C2H2反转吸附与分离领域中对优先选择性吸附CO2的多孔材料设计缺乏成熟的理论指导的问题，对多孔材料选择性识别CO2的机制进行了详尽且重点的综述，发表在Chem & Bio Engineering期刊（2024, 1(5) 366）。通过探讨多孔材料在CO2优先选择性识别机制的最新进展，揭示决定CO2选择性和吸附性能的内在机理，旨在为功能性多孔材料的开发及其在吸附分离应用中的运用提供理论支持。综述表明，有效从C2H2中识别CO2依赖于多种因素，包括孔道结构、框架结构柔性、官能团与客体分子的相互作用、以及在操作条件下结构的动态响应行为。综述指出，在物理热力学吸附用于CO2/C2H2反转分离中，为了实现C2H2中CO2的高效选择性识别吸附，需要充分理解CO2和C2H2之间的微妙差异，在限域孔道中进行精准的孔化学调控，从而实现对客体分子的高效匹配；客体-客体相互作用及客体团簇堆积行为在反转分离中的具体作用探索仍较为困难；化学吸附主要利用氨基或羟基与CO2的化学反应，但吸附剂的循环热稳定性和抗氧化性能仍需进一步研究；动力学分离或者动力学-热力学协同机制的关键在于如何有效地调控吸附剂的孔径或者孔道尺寸与客体分子的尺寸相同或者接近，同时控制孔的化学静电势，使其可以与特定分子发生吸引或者排斥作用。最后，作者对CO2/C2H2反转吸附分离技术的未来发展方向进行了展望，希望为分离技术的进步提供一定的导向。
通过系统深入分析和总结多孔材料在CO2/C2H2反转吸附和分离中的分子识别机制，可以发现，要实现CO2/C2H2的有效反转识别，需充分理解两者之间微妙的物理化学性质差异。通过精准调控吸附剂限域空间属性，尤其是孔结构和孔化学性质，可以实现对CO2高效捕获。该综述有望为设计和开发用于碳捕集和复杂组分混合物分离的先进功能多孔材料提供理论支持。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/cbe.4c00035