南开大学卜显和院士、常泽教授、于美慧副教授设计刚性增强的柔性 Flex-Cd-MOF-3，利用吸附质 - 骨架协同自适应构象变化，实现收缩相优先吸附丙烯、膨胀相优先吸附丙烷的相依赖可切换选择性，完成丙烯 / 丙烷高效可逆分离。相关工作发表在Science Advances。
研究背景
丙烯 / 丙烷分子尺寸与作用力极相近，传统刚性 MOF 难以实现高选择性分离；柔性 MOF 虽具门控效应，但分子自适应与骨架动态耦合机制尚未被揭示与利用。
实验方法
溶剂热合成 Flex-Cd-MOF-3 (sw)，经活化得到收缩相 Flex-Cd-MOF-3 (shk)；通过单晶 XRD、PXRD、TGA、纳米压痕表征结构与力学性能；测试 77 K N₂吸附与多温度 C₃H₆/C₃H₈吸附等温线；开展动态穿透实验；结合 DFT 与 GCMC 模拟揭示协同自适应机制。
图文解析
图 1｜柔性晶体 Flex-Cd-MOF-3 的选择性切换示意图
丙烷可与骨架发生协同构象适应，而刚性丙烯无法实现；收缩相优先吸附丙烯，膨胀相优先吸附丙烷。
图 2｜Flex-Cd-MOF-3 的柱撑双层结构与结构转变
(A) 从 Flex-Cd-MOF-2 到 Flex-Cd-MOF-3 的柱配体变化；(B) Cd (II) 配位几何与 “膝盖” 连接；(C) 膨胀相与收缩相的单晶结构对比。
图 3｜单组分气体吸附
(A) 77 K 下 N₂吸附 - 脱附等温线；(B) 308 K 下 C₃H₆/C₃H₈吸附 - 脱附等温线；(C) 与 Flex-Cd-MOF-2 吸附等温线对比；(D–E) 原位气体分压 PXRD 跟踪丙烷 / 丙烯诱导的相转变。
图 4｜吸附动力学与混合气体分离行为
(A) 308 K、1 bar 下 C₃H₈与 C₃H₆时间依赖吸附曲线；(B) 不同分压下等摩尔 C₃H₈/C₃H₆穿透曲线；(C) 可切换纯化丙烯流程示意图。
图 5｜Flex-Cd-MOF-3 对 C₃H₆与 C₃H₈的吸附机制
(A) 刚性骨架下吸附质几何优化；(B) 吸附质 - 骨架全弛豫优化，丙烷发生协同自适应结合更强。
图 6｜DFT 模拟的能量 landscape
丙烯呈现多步渐变相转变，丙烷呈现单步骤缩相转变，对应实验中的不同门控行为
期刊：Science Advances
题目：Harnessing cooperative sorbate-sorbent adaptation in a flexible metal-organic framework for switchable hydrocarbon separation
作者：Han Fang，Meagan Mulcair，Jia-Peng Han，Bo Zhang，Brian Space , Shi-Qiang Wang，Mei- Hui Yu，Ze Chang，Xian-He Bu
接受日期：25 Mar 2026
原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aee4346
