英文原题：Isostructural fcu Rare-Earth Metal–Organic Frameworks Based on a Zigzag Dicarboxylate Ligand: One-Step Ethylene Purification from C₂ Mixtures and Turn-On Sensing of a Nerve Agent Simulant

通讯作者：薛东旭，陕西师范大学

作者：Hong-Xia Liang (梁红霞), Wei-Hong Zhang (张伟宏) , Guo-Tong Du (杜国通) , Ruijuan Wen (文瑞娟), Ya-Nan Ma (马亚男), Haonan Peng (彭浩南), Yu Fang (房喻)

研究背景：

乙烯作为石油化工产业的重要基础原料，其纯度直接影响聚合物材料的生产质量。目前工业乙烯主要通过石脑油或乙烷裂解获得，但裂解气中通常同时含有乙烷（C₂H₆）和乙炔（C₂H₂）等杂质。由于乙烯、乙烷和乙炔具有相近的分子尺寸、沸点以及极性，实现复杂C₂混合物中乙烯的一步高效纯化仍然是一项重要挑战。传统低温精馏分离过程能耗较高，而基于多孔材料的吸附分离技术因具有低能耗和环境友好等优势，近年来受到广泛关注。另一方面，快速、精准检测神经毒剂模拟物对于公共安全保障具有重要意义。传统检测方法通常依赖大型仪器，存在样品预处理复杂、分析时间长以及设备成本高等问题，而荧光传感材料凭借高灵敏度、快速响应和便携性等特点，为现场快速检测提供了新的解决方案。

金属有机框架材料（MOF）由于具有高度可设计的结构以及可调控的孔道环境，在气体吸附分离和荧光传感领域展现出巨大潜力。尤其是稀土金属有机框架（RE-MOF），结合稀土离子的高配位能力和独特光学性质，为构筑多功能材料提供了新的平台。

内容介绍：

近日，陕西师范大学薛东旭教授在Precision Chemistry上发表了精准构筑稀土金属有机框架材料实现乙烯一步纯化与神经毒剂模拟物高灵敏检测的文章。利用锯齿型二羧酸配体4,4′-H₂BPyDC与稀土金属离子构筑了一系列异质同构fcu型稀土金属有机框架材料（fcu-4,4′-BPyDC-RE，RE = Yb、Y、Eu、Gd）。该工作突破了传统fcu型MOF通常由直线性二羧酸配体构筑的限制，为精准设计新型稀土MOF结构提供了新的策略。并将轻烃高效分离与高灵敏荧光毒剂检测集成于同一类同构材料体系，为多功能稀土MOF的结构设计与应用开发提供新思路。

图1. (a) fcu 4,4′ BPyDC Yb/Y的结构组装与孔道构筑；(b)(c)两种笼腔与三角形窗口孔径尺寸

精准结构设计构筑新型fcu型稀土MOF传统，fcu型MOF通常由直线性二羧酸配体与稀土金属簇组装形成。本研究采用具有锯齿结构的非直线性二羧酸配体4,4′-H₂BPyDC，并以2-氟苯甲酸作为调节剂，在溶剂热条件下成功构筑了系列异质同构fcu型RE-MOF。结构表征显示，该材料具有典型三维fcu网络结构，其中稀土金属簇作为无机节点，通过有机配体连接形成稳定框架。以fcu-4,4′-BPyDC-Yb为例，其结构包含四面体和八面体孔笼，并具有规则三角形窗口，为气体分子选择性吸附提供了适宜空间环境。

图2. fcu 4,4′ BPyDC Yb/Y的氮气吸附、C₂烃吸附、IAST选择性及混合气穿透测试结果

气体分离测试表明，fcu 4,4′ BPyDC Yb/Y对乙炔、乙烷吸附能力显著高于乙烯，可从乙炔 乙烷 乙烯三元混合气中同时脱除乙炔与乙烷，实现乙烯一步纯化。混合气体穿透实验、IAST选择性计算以及巨正则蒙特卡洛（GCMC）模拟证实该材料的分离性能，材料吸附焓适中，可实现温和条件下再生，经过多次循环仍保持稳定分离效果。

图3. fcu 4,4′ BPyDC Eu薄膜对DCP蒸气的气相传感性能

在传感方面，fcu 4,4′ BPyDC Eu对神经毒剂模拟物氯磷酸二乙酯(DCP)表现出荧光开启响应；基于该材料制备的气相传感薄膜，响应时间仅5s，气相检测限低至3.2ppb，兼具高选择性与可逆循环使用能力。

总结/展望：

本研究以2 氟苯甲酸为调节剂、锯齿型二羧酸4,4′ BPyDC配体，溶剂热合成系列异质同构fcu型稀土MOF。得益于适宜孔道微环境，Yb/Y基材料可选择性吸附乙炔、乙烷，实现三元C₂体系乙烯一步纯化；Eu基材料借助吡啶氮质子化调变三重态能级，完成神经毒剂模拟物DCP的高灵敏荧光增强检测。该工作为非直线性二羧酸配体构建fcu拓扑提供范例，拓展了同构稀土MOF在分离与荧光传感领域的应用。

Cite this: Liang, H.-X.; Zhang, W.-H.; Du, G.-T.; Wen, R.; Ma, Y.-N.; Peng, H.; Xue, D.-X.; Fang, Y. Isostructural Fcu Rare-Earth Metal–Organic Frameworks Based on a Zigzag Dicarboxylate Ligand: One-Step Ethylene Purification From C2 Mixtures and Turn-On Sensing of a Nerve Agent Simulant. Precision Chemistry 2026.https://doi.org/10.1021/prechem.6c00085.