高性能COF材料的高通量筛选策略:己烷异构体分离

作者：叶诗洋; 程敏; 吉旭; 戴一阳; 党亚固; 毕可鑫; 赵志伟; 周利^*

来源：化工学报, 2022, 73(11): 5138-5149.

• 己烷异构体分离
• 共价有机框架
• 分子模拟
• 高通量计算筛选
• 结构-性能关系
• 吸附
• 分离

己烷异构体中双支链异构体的分离可以提高汽油的辛烷值从而减少发动机的爆震现象。针对传统的蒸馏方法耗能高和新型吸附剂金属有机框架成本高、工作能力低、稳定性差的缺点,采用高通量计算筛选方法研究了688种共价有机框架(COFs)对己烷异构体的分离性能。首先计算了所有COF的几何结构描述符,通过限制孔径(PLD) 6.2～15?的范围筛选出209个可容纳所有己烷异构体的COF,再利用巨正则Monte Carlo (GCMC)方法模拟433 K下上述COF对己烷异构体的吸附解吸过程。对再生能力R>80%且吸附性能分值(APS)最高的COF进行排序,筛选出具有最高APS值的COF-DL229 2-fold,APS值为23.36 mol/kg,R为99.38%。分析了6个几何结构描述符与APS的相关性,发现对于COF来说较高的孔隙率(VF)、较高的孔隙体积(PV)、较低的密度(ρ)可提高COF的APS值。最后基于PV、VF、ρ利用决策树算法设计出高APS值COF的筛选路径,研究工作对今后设计用于己烷异构体吸附分离的COF具有一定的指导意义。