沼气是一种可再生清洁能源，其储量丰富，但由于含少量H₂S和CO₂等酸性气体，不仅会加速金属管道、阀门等的腐蚀，还会降低沼气热值、污染空气、加重温室效应等。因此，寻求从沼气中高效分离H₂S和CO₂气体至关重要。

共价有机框架材料（Covalent-Organic Frameworks, COFs）是一种由有机构筑单元通过共价键连接而成的具有周期性结构的多孔材料，具有高化学稳定性和热稳定性、孔隙率可调节以及易于功能化等优点，在气体分离存储、催化、药物传输等方面具有广泛应用前景。此外，COFs材料种类繁多、结构复杂，影响其CO₂气体吸附分离性能的因素也不尽相同，仅靠实验手段难以实现材料的有效筛选，因此近年来高通量计算筛选在研究识别高性能COF材料方面发挥着重要作用。

近日，化学化工学院郑柏树教授课题组利用GCMC蒙特卡罗计算模拟等方法对包含382个COF材料的结构数据库进行高通量计算筛选，系统研究了材料的构效关系，探讨了功能基改性等对材料性能的影响，揭示了材料吸附分离H₂S和CO₂气体的机理，筛选出了最佳材料SiCOF-Li，为今后设计合成新型高性能沼气脱硫脱碳COF材料提供了理论依据。

▲COF材料相关数据

该工作最近已在化工领域Top期刊《 ACS  Sustainable Chemistry & Engineering》（IF 7.632）上在线发表（DOI: 10.1021/acssuschemeng.1c02696），第一作者为湖南科技大学2019级硕士研究生王莹，通讯作者为郑柏树教授、汪朝旭副教授和阳庆元教授（北京化工大学）。该工作得到了国家自然科学基金（21973029），湖南省自然科学基金（2020JJ4290，2018JJ2113），湖南省教育厅重点项目（19A178）以及湖南省研究生科研创新项目（CX20201002）的资助。

该论文为：Ying Wang, Guanyu Wang, Yuan Liu, Baishu Zheng*, 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.

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acssuschemeng.1c02696