近年來，隨着電子工業的快速發展，電子氣體在半導體行業中的地位日益凸顯。廣義的「電子氣體」指電子工業生產中使用的氣體，是最重要原材料之一，狹義的「電子氣體」特指電子半導體行業用的特種氣體。電子特氣是集成電路、平板顯示、發光二極管、太陽能電池等半導體行業生產製造過程中不可或缺的關鍵性化工材料，被廣泛的應用於清洗、刻蝕、成膜、摻雜等工藝。在半導體工藝中，從芯片生長到最後器件的封裝，幾乎每一步、每一個環節都離不開電子特氣，因此電子氣體被稱為半導體材料的「糧食」和「源」。但常用的含氟電子特氣（F-gases）也是溫室氣體，比如四氟化碳（CF4）、三氟化氮（NF3）等，這兩種氣體非常穩定，可以長時間停留在大氣層中，CF4在大氣中的壽命約為50,000年，全球增溫係數是6,500（二氧化碳的係數是1）。目前各行業中使用的四氟化碳、三氟化氮等氣體僅有一小部分被回收利用，大部分被直接排放到空氣中，因此電子氣體的高效回收與減弱其直接排放所導致的溫室效應，具有重要的實際意義。
圖1. Ni-MOF 和 NH2-Ni-MOF的結構圖和孔徑結構。最近，西安交通大學楊慶遠課題組製備了兩種微孔-金屬有機框架材料（Ni-MOF 和 NH2-Ni-MOF），並將其用作CF4和NF3的捕獲和分離。作者分別採用異煙酸和3-氨基異煙酸作為配體構築了Ni-MOF 和 NH2-Ni-MOF，兩種材料的孔徑分別為6和5埃，很適於捕獲CF4(孔徑：4.6 Å)和NF3（孔徑：3.6 Å）。Ni-MOF 和 NH2-Ni-MOF都展現出較高的CF4和NF3吸附容量。在298 K和100千帕下，Ni-MOF吸附CF4和NF3的量分別為65.5和60.2cm3g-1，NH2-Ni-MOF吸附CF4和NF3的量分別為60.2 和58.8cm3g-1，其中Ni-MOF對CF4的吸附量在已報道文獻中排第二。Ni-MOF對CF4, NF3和 N2的吸附熱分別為 29.5, 24.0，16.9 kJ mol-1，NH2-Ni-MOF對CF4, NF3and N2的吸附熱分別為33.8, 28.8，17.1 kJ mol-1。其中NH2-Ni-MOF對CF4的吸附熱是當前已報道文獻中的最高值，這說明NH2-Ni-MOF對CF4有很強的吸附作用。在298 K和100千帕下，Ni-MOF對CF4/N2(1/9) 和NF3/N2(1/9)的分離比分別為34.7 和 35.8；NH2-Ni-MOF對CF4/N2(1/9) 和NF3/N2(1/9)的分離比分別為46.3 和 32.4。NH2-Ni-MOF在298 K和100kPa下對CF4的吸附量小於同樣條件下Ni-MOF對CF4的吸附量，但NH2-Ni-MOF在0.1 bar下對CF4的吸附量大於Ni-MOF在0.1 bar下對CF4的吸附量。這說明由於氨基的引入導致的具有更小孔徑的NH2-Ni-MOF對CF4有更強的吸附作用，同時具有更高的選擇性。為了驗證這一觀點，我們相繼製備了具有不同孔徑的MOFs（HKUST-1，Ni-MOF-74, Ni(pba)2, Cu(peba)2），並研究了它們對CF4和N2的吸附和分離性能。結果表明，較大孔徑的MOF對CF4吸附量較低，而且CF4/N2的分離比也較低。隨後，作者用巨正則蒙特卡羅方法(GCMC)模擬了氣體分子在兩種MOF孔道中的作用位點，理論模擬結果表明兩種MOF均表現出對F-gases更強的相互作用，而對N2具有較弱的相互作用。為了進一步驗證Ni-MOF 和 NH2-Ni-MOF對CF4/N2 和NF3/N2的實際分離效果，作者進行了實驗室級別的動態突破實驗。突破實驗結果表明，Ni-MOF 和 NH2-Ni-MOF都可以有效地從CF4/N2或NF3/N2混合氣體中分離F-gas和N2，這說明它們具有實際應用的潛力。
圖2. Ni-MOF 和 NH2-Ni-MOF的對CF4, NF3和N2的單組分吸附曲線。相關成果發表在ACS Applied Materials & Interfaces上。Amino-functionalized microporous MOFs for greenhouse gases CF4and NF3capture with record selectivityShao-Min Wang, Hao-Ling Lan, Guo-Wei Guan, and Qing-Yuan Yang*ACS Appl. Mater. Interfaces,2022, DOI: 10.1021/acsami.2c12164楊慶遠，西安交通大學教授，博士生導師，陝西省高層次人才，西安交通大學青年拔尖人才，化工學院學術委員會委員。擔任中國晶體學會青年委員會委員，陝西省納米科技學會理事會理事，《Chinese Chemical Letters》（中國化學快報）青年編委。2011年於中山大學獲得博士學位，師從蘇成勇教授；2011-2018年，作為博士後或訪問學者先後在法國斯特拉斯堡大學、愛爾蘭利默里克大學和日本京都大學工作，合作導師分別是Jean-Marie Lehn 院士（諾貝爾化學獎得主），Mike Zaworotko院士和Susumu Kitagawa 院士；2018年9月加入西安交通大學工作至今。長期從事晶態多孔框架材料的研究，在Angew. Chem. Int. Ed.、Science Advances、J. Am. Chem. Soc.等高水平期刊發表論文50餘篇，他引2100餘次。https://www.x-mol.com/university/faculty/66029http://gr.xjtu.edu.cn/web/qingyuan.yang
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