東華理工大學化學生物與材料科學學院羅峰教授課題組在氙氪分離方面取得重要進展。相關研究成果以“Robust metal−organic framework with multiple traps showing record trace Xe/Kr separation”為題，線上發表於Science Bulletin。該研究工作的通訊作者為羅峰教授，第一作者為其課題組內研究生張輝平。

氙氣和氪氣等稀有氣體在光源照明、醫療診斷、半導體、航天軍工、平板電視、電子晶片、中空玻璃、衛星科學等研究領域具有廣泛的應用，素有“黃金氣體”之稱。目前Xe和Kr的獲取來源主要有兩種:（1）從空分裝置的副產品中提取;（2）從核反應堆（UNF）的廢氣中提取。然而，從空分裝置的副產品中提取Xe和Kr需要昂貴的大型空分裝置，並且在冷凝過程中由於含有過量的甲烷等易燃氣體而極容易發生爆炸。此外，由於空氣（0.087 ppmv（Xe）和1ppmv（Kr））和核反應堆（UNF）廢氣（400 ppm Xe和40 ppm Kr）中Xe和Kr的痕量含量，使得開發高捕獲能力和高氙氪分離選擇性的多孔材料成為吸附分離領域的研究熱點與難點。

東華理工大學羅峰教授課題組製備出了一種具有窄視窗但高孔隙率的MOF(ECUT-60)，該材料不僅對Xe具有高選擇性吸附，還能實現超高的Xe吸附容量。結果證明，從選擇性和吸附容量兩方面考慮，ECUT-60是Xe/Kr分離的最佳材料之一。室溫下，ECUT-60表現出超高的Xe吸收容量。進一步穿透分離測試表明，ECUT-60對痕量Xe/Kr分離具有優異效果，例如從模擬核反應堆（UNF）的尾氣中該材料表現出超高Xe吸附容量（70.4 mmol/kg，為MOF-1(13.2 mmol/kg)的5.3倍）。而且，ECUT-60可透過低成本、節能的解吸方式獲得19.7 mmol/kg的超高純氙。更重要的是，潮溼環境幾乎不影響ECUT-60的Xe/Kr分離效果。因此，結合材料本身的水穩定性、化學穩定性和熱穩定性，ECUT -60可望成為一種直接從痕量Xe/Kr混合物(如空氣或核工業（UNF）尾氣)分離Xe/Kr的理想材料。

圖1 ECUT-60結構

圖2 ECUT-60的Xe/Kr吸附效能

圖3 ECUT-60的Xe/Kr分離效能

該研究對於精細調控MOFs材料結構，設計其最優孔道，以實現對氙氪分離的有效調控具有重要的指導價值和意義。

稀有氣體（氖氦氪氙）解決方案：

Huiping Zhang, Yaling Fan, Rajamani Krishna, Xuefeng Feng, Li Wang, Feng Luo. Robust metal−organic framework with multiple traps for trace Xe/Kr separation. Science Bulletin, 2021, doi: 10.1016/j.scib.2020.12.031