分离空气中的氮氧两种气体是吸附分离研究领域最重要的研究课题之一，长期以来受到研究者的广泛关注。由于空气中氧气占比更低（21%），使用选择性吸附氧气的吸附剂可以在纯氮生产过程中提高分离效能。然而，可再生、稳定的和高选择性的氧气吸附剂的研发一直是一项重要且具有挑战性的课题。

近日，我室DNL1205研究团队在空气分离研究中取得重要进展，通过咪唑类配体修饰CeY分子筛从而激活了分子筛中的Ce位点，使得原本选择性吸附氮气的CeY转变为选择性吸附氧气的新型吸附剂，同时表现出优异的可再生性和动态分离性能。

多年来，DNL1205团队一直致力于气体分离及多孔吸附剂材料的研究。2019年，研究团队报道了一种将ZIFs片段(Zn-咪唑)引入传统硅铝分子筛的策略，成功得到一系列高选择性的甲烷/氮气分离吸附剂（Angew. Chem. Int. Ed., 2019）；2020年进一步利用该策略将Zn-咪唑片段定向修饰在MOR分子筛的12元环上，制备出了一系列高选择性的丙烯/丙烷分离吸附剂（Angew. Chem. Int. Ed., 2020）。在空分吸附剂研究中，2020年首次通过调控LTA分子筛的硅铝比及骨架外阳离子类型来改变分子筛的氮氧吸附性能，成功实现LTA分子筛上氮氧选择性的反转（Chem. Comm., 2020），证明了传统分子筛材料用于制备氧选择性吸附剂的潜力。

在上述工作的基础上，研究者使用咪唑类配体对Y分子筛孔道中的Ce离子进行修饰，得到了一种新型的选择性吸附氧的吸附剂材料。进一步的表征分析发现，咪唑与分子筛内阳离子位点的结合会改变其阳离子的性质，原位XPS数据显示，修饰后样品的Ce3d结合能在吸附氧气后发生明显的位移；DFT理论计算进一步验证了咪唑修饰后的Ce位点与氧气之间存在更强的电子转移相互作用。因此，咪唑类配体的引入，使得分子筛内Ce位点与氧气产生了较强的相互作用，使得原本选择性吸附氮气的CeY分子筛转变为选择性吸附氧气的新型吸附剂。气相穿透实验表明，该材料具有优异的室温动态氧氮分离性能，而且该材料在经历10次吸附-脱附循环后的氧气吸附量未发生任何损失，证明其对氧气的吸附是可逆的，具有良好的可再生性。本研究工作制备的吸附剂同时具备优异的稳定性，可再生性以及动态分离性能，具备一定的应用潜力，为新型空分吸附剂的设计和研发提供了思路。

相关研究成果以“Directly decorated CeY zeolite for O₂-selective adsorption in O₂/N₂separation at ambient temperature”为题，发表在《材料视野》（MaterialsHorizons）上。该工作得到国家自然科学基金和兴辽英才计划等项目的支持。（文/图：刘汉邦，徐云鹏）

Directly decorated CeY zeolite for O2-selective adsorption in O2/N2 separation at ambient temperature. Hanbang Liu, Danhua Yuan, Liping Yang, Jiacheng Xing, Shu Zeng, Shutao Xu, Yunpeng Xu*,Zhongmin Liu,Materials Horizons, 9(2):688-693, 2021.