乙烯（C₂H₄）是石油化工产业中生产聚乙烯等多种化工产品的重要原料，其生产过程中伴随微量乙炔（C₂H₂）和少量乙烷（C₂H₆）杂质，需要进一步分离纯化以得到工业应用的聚合物乙烯（99.95%）。传统的深冷精馏过程操作繁琐且能耗高，以多孔吸附剂为核心的吸附分离因其高效节能成为了富有潜力的低碳烯烃纯化工艺。

近年来，多孔金属-有机框架材料（MOFs）在C₂H₂/C₂H₄和C₂H₆/C₂H₄分离领域取得了显著的进展，但因为目标产物是C₂H₄分子，优先吸附C₂H₄的MOFs后续还需多次吸脱附操作，能耗高、过程繁琐。相比之下，能够同时从C₂H₂/C₂H₆/C₂H₄三元混合物中分离C₂H₂和C₂H₆的吸附材料将更为理想。然而，C₂H₆/C₂H₂选择性MOFs的构建具有以下挑战：一方面，C₂H₂比C₂H₄有更大的四级矩和更多的π电子，因此C₂H₂的优先吸附通常是由那些具有高极性基团配体的MOFs实现。同时，鉴于C₂H₆比C₂H₄有更大的极化率，因此C₂H₆的优先吸附需要带有低极性/惰性孔表面的MOFs。这种内在的矛盾使得设计同时优先吸附C₂H₂和C₂H₆的MOF材料存在极大挑战。目前只有较少的MOF材料可以从三元混合物中一步分离C₂H₄，且其中大部分材料难以兼顾C₂H₂/C₂H₄和C₂H₆/C₂H₄的吸附量和选择性。另一方面，大多数已报道的一步分离C₂H₄的MOF材料存在稳定性差、成本高以及无法大规模合成等问题，阻碍工业进一步应用。因此，发展理想的C₂H₆/C₂H₂选择性MOF材料，同时兼具高稳定性、低成本、易大规模生产等优异性能具有重要意义且极具挑战。

由分子静电势分析可知，C2分子带有正电荷的氢原子，其中C₂H₂氢原子电正性最强，C₂H₆氢原子最多。基于此，浙江工业大学化学工程学院胡军教授/温慧敏副教授团队提出了一种在MOF材料中引入电负性原子构建负静电孔环境以提高C₂H₂/C₂H₆/C₂H₄三元混合物中一步分离C₂H₄的新策略。这种负静电孔环境能够与酸性更强的C₂H₂氢原子形成氢键和静电作用，且由于C₂H₆有更多的电正性H原子，也可能优先与C₂H₆而不是C₂H₄结合。本论文报道了一种具有负静电孔环境的金属-有机框架材料（MOF-303），研究发现该材料不仅表现出最高的C₂H₂和C₂H₆吸附量，而且在环境条件下也表现出顶级的C₂H₂/C2H4和C₂H₆/C₂H₄选择性（2.4和1.7），优于迄今为止报道的大多数基准材料。此外，该材料具有出色的水稳定性，制备成本低廉，合成过程绿色，可以实现公斤级大规模制备，具备极好的工业应用前景。

MOF-303由顺反交替的角共享AlO₆八面体和含N原子的PZDC2-芳香配体组成，其中电负性大的O/N位点沿孔道大量密集排列。这种具有致密O/N和芳香环位点的非极性孔表面可以构建负静电孔环境，从而提供更多的吸附位点，优先与C₂H₂和C₂H₆的电正性氢原子形成强相互作用，而不是C₂H₄。除此之外，对Al-MOFs的研究表明，孔道周围密集分布的O原子可以与C₂H₂形成高密度的氢键相互作用，实现高的C₂H₂吸附量。综上，MOF-303实现了从C₂H₂/C₂H₆/C₂H₄三元混合物中分离C₂H₂和C₂H₆，进而一步高效纯化C₂H₄的目标，且同时具备极高的选择性和C₂H₂吸附量，优于目前报道的大部分材料。DFT计算表明，MOF-303的负静电孔环境能够与C₂H₂和C₂H₆形成密集的强范德华相互作用和氢键相互作用，相比之下，C₂H₄与框架之间的整体相互作用远小于C₂H₆。原位红外光谱结果表明吸附的C₂H₂和C₂H₆与羧酸盐和吡唑环有相互作用。

穿透实验证明了该材料能够实现三元混合物中C₂H₄的一步高效提纯，其C₂H₄吸附量与目前已报道的基准材料相近。更重要的是，该材料具备极好的化学稳定性，合成过程简单绿色，且原料廉价，易实现公斤级制备。因此，该材料兼具高分离性能、高稳定性、低成本性和易绿色规模制备的优良特性，是目前综合表现最好的材料，有望实现工业应用。

该工作不仅提出了一种设计负静电孔环境以提高C₂H₂/C₂H₆/C₂H₄三组分一步分离的策略，也为如何开发兼具分离性能、稳定性、低成本和易规模制备的分离材料提供了设计范式，对提高MOF材料在气体分离方面的实际工业应用提供了新的研究视角。