沼氣是一種可再生清潔能源，其儲量豐富，但由于含少量H2S和CO2等酸性氣體，不僅會加速金屬管道、閥門等的腐蝕，還會降低沼氣熱值、污染空氣、加重溫室效應等。因此，尋求從沼氣中高效分離H2S和CO2氣體至關重要。
共價有機框架材料（Covalent-Organic Frameworks, COFs）是一種由有機構築單元通過共價鍵連接而成的具有周期性結構的多孔材料，具有高化學穩定性和熱穩定性、孔隙率可調節以及易于功能化等優點，在氣體分離存儲、催化、藥物傳輸等方面具有廣泛應用前景。此外，COFs材料種類繁多、結構複雜，影響其CO2氣體吸附分離性能的因素也不盡相同，僅靠實驗手段難以實現材料的有效篩選，因此近年來高通量計算篩選在研究識别高性能COF材料方面發揮着重要作用。
近日，我院鄭柏樹教授課題組利用GCMC蒙特卡羅計算模拟等方法對包含382個COF材料的結構數據庫進行高通量計算篩選，系統研究了材料的構效關系，探讨了功能基改性等對材料性能的影響，揭示了材料吸附分離H2S和CO2氣體的機理，篩選出了最佳材料SiCOF-Li，為今後設計合成新型高性能沼氣脫硫脫碳COF材料提供了理論依據。
該工作已在化學領域Top期刊《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》（IF 7.632）上在線發表，第一作者為2003网站太阳集团2019級碩士研究生王瑩，通訊作者為鄭柏樹教授、汪朝旭副教授和陽慶元教授（北京化工大學）。該工作得到了國家自然科學基金（21973029），湖南省自然科學基金（2020JJ4290，2018JJ2113），湖南省教育廳重點項目（19A178）以及湖南省研究生科研創新項目（CX20201002）的資助。
該論文為：Ying Wang, Guanyu Wang, Yuan Liu, BaishuZheng*, Zhaoxu Wang*, Qingyuan Yang*, Identifying promising covalent organic frameworks for decarburization and desulfurization from biogas via computational screening, ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2021, DOI: 10.1021/acssuschemeng.1c02696.
論文鍊接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.1c02696
