C₂H₂被广泛应用于合成多种化工产品，但工业生产中难免混入少量CO₂，影响产品质量。因此，分离C₂H₂/CO₂混合气体并获得高纯C₂H₂具有重要的工业意义。然而，由于C₂H₂和CO₂性质相似，分离困难。此外，C₂H₂的反应活性高，不能在加压液化后进行贮存或运输，安全运输和储存也面临挑战。

新兴的金属-有机框架（MOFs）在气体存储与分离领域有广泛应用前景。但如何解决高吸附容量和高选择性之间的Trade-off效应，设计具有高效C₂H₂存储和分离性能的MOFs仍然具有挑战性。

受金属-炔基催化化学的启发，中国科学院福建物质结构研究所的袁大强研究员和王要兵研究员开展了合作研究，利用金属-炔化学策略，成功地将对C₂H₂具有独特识别能力的强结合金属位点引入多孔MOFs材料中，克服了高吸附容量和高选择性之间的Trade-off效应。

Pd/Cu-PDA和Pt/Cu-PDA是一类具有NbO拓扑结构的3D高孔MOFs，孔隙率高达~65.4%，能独特识别C₂H₂的Pd(II)、Pt(II)开放金属位点密度(OMSs)均为1.8 OMSs/nm³。Pd/Cu-PDA和Pt/Cu-PDA在293 K和1 bar下均对C₂H₂有高吸附容量，分别为209和153 cm³/g。其中，在0.01 bar下的C₂H₂吸附量分别高达35.8和28.7 cm³/g，对应的C₂H₂/CO2吸附容量比分别高达21.1和16.9。然而，Pd/Cu-PDA无法实现C₂H₂气体的完全脱附(每个Pd中心对应~2.1个C₂H₂分子)，并伴随不可逆的多孔结构坍塌。与之相反，Pt/Cu-PDA可实现多轮C₂H₂循环吸附，且不影响其吸附容量。动态穿透实验结果表明，Pd/Cu-PDA的C₂H₂/CO₂穿透时间由首轮的43 min/g急降至第三轮的1.1 min/g；而Pt/Cu-PDA在经历三轮循环动态穿透实验后，其C₂H₂/CO₂穿透时间仍保持为37 min/g。由此证明，尽管Pd/Cu-PDA具有更强的金属-炔化学作用力，但是Pt/Cu-PDA表现出更优的C₂H₂存储和C₂H₂/CO₂分离性能。

理论计算表明，Pd/Cu-PDA中的Pd(II)与C₂H₂分子在经历H⁺转移之后形成独特的配位作用，以及随之而来的C₂H₂分子二聚反应，使得材料对C₂H₂分子具有超强结合力。但是HCl分子以及自发化学反应热效应(累积-2.0 eV)的释放对多孔结构造成不可逆的损害，使其丧失吸附与分离性能。Pt/Cu-PDA中的Pd(II)与C₂H₂分子通过强di-σ键作用形成π络合物。此外，Pd/Cu-PDA和Pt/Cu-PDA与CO₂间的作用则以弱范德华力为主。Pd/Cu-PDA和Pt/Cu-PDA对C₂H₂和CO₂不同的主-客体作用是造成二者迥异的C₂H₂存储和C₂H₂/CO₂分离性能的主因。

这篇工作报道了一种MOFs材料，它能够突破C₂H₂高吸附容量和高选择性之间的Trade-off效应，并系统阐述其气体吸附与分离机制。此外，该研究还提出了一种新的C₂H₂/CO₂分离策略，通过调控MOFs中的金属-炔化学作用来解决这一极具挑战性的问题。