南开新闻网讯（通讯员 李国榕）近日，南开大学材料科学与工程学院李柏延研究员、卜显和院士团队联合福建师范大学/浙江师范大学陈邦林院士在Nature Chemistry发表题为“Flue Gas Desulfurization and SO₂ Recovery within a Flexible Hydrogen-Bonded Organic Framework”的研究成果。提出利用具有形状记忆功能和自适应孔道的氢键有机框架材料可高效选择性吸附高湿烟道气中低浓度的二氧化硫（SO₂），在烟道气脱硫领域实现新突破。

　　SO₂作为烟气主要污染物之一对人类健康和环境具有严重影响，传统石灰石洗涤或湿法硫酸工艺的烟气脱硫（FGD）技术能够去除大约95%的SO₂，却难于实现低浓度SO₂的高效去除。吸附法目前已成为低浓度二氧化硫脱除的重要方法之一。然而，要获得SO₂吸附容量高，但几乎不吸附CO₂的高效吸附分离材料非常困难。主要由于SO₂分子的动力学直径（4.1 Å）明显大于CO₂的动力学直径（3.3 Å），这意味着传统的尺寸排斥原理（较小的分子可以通过孔道/笼状结构，而较大的分子被阻挡）无法应用于这种特殊情况。此外，尽管一些表现优异的金属有机框架材料（MOFs）可以通过开放金属位点、M-OH位点或较弱的苯基C-H与SO₂分子之间产生较强相互作用进而有效吸附SO₂，但这些材料也不可避免地吸附了大量CO₂分子，使得开发高效SO₂/CO₂分离材料面临巨大挑战。

　　柔性孔材料可以通过对自身结构的适应性调整实现高性能客体选择性分离，但通常对客体的开门压力较高，使其在捕获低浓度污染物时难以展现好的吸附容量。为此，李柏延研究员、卜显和院士团队提出了新的研究思路，将柔性孔材料的开孔相通过“形状记忆”的形式予以保留，以实现材料在低浓度条件下高的污染物吸附能力。基于这样的理念，所制备的吸附剂HOF-NKU-1具有优异的SO₂/CO₂分离性能，选择性超过7000，SO₂储存密度高达3.27 g cm^-3，是目前已报导材料中的最高值。与传统开放金属位点或M-OH位点功能化的高性能SO₂吸附剂相比，HOF-NKU-1的水吸附量仅为17 mg g^-1，是所有已报道SO₂多孔吸附剂中的最小值（已报道的金属有机框架的水吸附量在160~820 mg g^-1之间）。这些特性使其在模拟混合气条件下展现出非常优异的吸附容量和回收率，有望用于工况条件下烟道气中SO₂的捕获与回收。

　　图：  a) HOF-NKU-1制备过程示意图；b) HOF-NKU-1在298 K条件下，SO₂、CO₂、CH₄、N₂和O₂的等温吸附曲线；c) 常温下孔隙中SO₂储存密度的比较。

　　此外，通过单晶解析，进一步从分子层面解释了吸附机理。研究表明，材料拥有的形状记忆和孔道自适应特性是其高性能的主要原因。

　　图：  a) 通过单晶X射线衍射（SCXRD），SO₂诱导的GA特性及可逆单晶到单晶（SCSC）结构转变； b) 邻近分子之间的π–π相互作用、氢键以及S(δ⁺)···(δ^-)O−C偶极-偶极相互作用； c) 在湿度条件下（3% H₂O，3000 ppm SO₂，15% CO₂，3.5% O₂，81.2% N₂，总流量20 mL/min）进行的SO₂/CO₂/O₂/N₂混合气体柱突破测试。

　　南开大学为论文第一完成单位，南开大学材料科学与工程学院李柏延研究员、卜显和院士和福建师范大学/浙江师范大学陈邦林院士为共同通讯作者，南开大学博士后李林为第一作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国博士后科学基金等项目的资助。

　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41557-025-01744-9

编辑：韦承金