苯系挥发性有机物（VOCs）是大气污染的重要来源之一，吸附法因其经济高效而被广泛用于其治理。柔性金属有机框架（MOFs）材料因在吸附过程中可发生“呼吸效应”，近年来受到研究者的高度关注。然而，传统吸附等温线仅能提供吸附量的宏观信息，无法揭示材料在吸附过程中的结构演变。为此，精微高博采用Nexus系列高性能原位物理吸附与XRD联用分析系统，实时追踪柔性MOFs材料在吸附苯蒸气过程中XRD谱图的动态变化，系统阐释其孔道逐级扩孔的完整过程。

“晶体结构-微观孔道-宏观性能”全链条解析

柔性MOF的“呼吸效应”本质上是吸附质分子诱导骨架发生可逆形变，具体表现为孔道尺寸扩大或收缩，导致材料特定晶面间距改变乃至新晶面的生成。该动态结构变化直接决定了材料的吸附容量、吸附速率及选择性等关键性能。

传统XRD表征仅能获取吸附前后材料的“静态快照”，难以捕捉吸附中间态的结构信息；而吸附等温线虽可划分吸附阶段，却无法提供对应的结构演化证据。唯有将吸附测试与XRD分析实时联用，在同一时间轴上同步记录吸附量与衍射图谱，方能将“台阶式等温线”的各阶段与“晶体结构变化”的各环节精确对应。

本研究采用精微高博Nexus系列高性能原位物理吸附与XRD联用分析系统，全程追踪一种柔性MOF在25 ℃条件下吸附苯蒸气（C6H6）过程中的XRD谱图演变，扫描范围2θ= 4.8°~15°，重点分析三个关键衍射峰的变化规律。

吸附等温线的三段式特征

该MOF在298.15 K下吸附苯蒸气的等温线呈现显著的三段式特征：

图2 298.15 K 苯-C6H6吸附等温线

• 阶段I（＜1 kPa）：吸附量急剧上升，已达饱和吸附容量的33%；

• 阶段II（1~2.5 kPa）：吸附量增长趋于停滞，呈现平台区；

• 阶段III（＞2.5 kPa）：吸附速率再次提升，直至吸附饱和。

该“陡升-平台-再陡升”的阶梯状曲线是呼吸效应的典型标志，表明材料骨架在不同压力下发生了多次结构重组。Nexus系列高性能原位物理吸附与XRD联用分析数据进一步通过三个衍射峰的“接力”行为，将各阶段的结构变化予以精确解析。

三个特征衍射峰的演变规律及其结构含义

峰1：2θ=8.22°——初始结构逐步消退

图3 MOF吸附苯蒸气过程中2θ=8.22°谱图变化

分析XRD谱图中2θ为8.22°的峰：

1  kPa以下的吸附量快速上升期时，这个峰强度随吸附量增加而快速下降；

1 kPa以上，该结构强度趋于稳定，但峰位发生红移，说明晶面间距下降；

3 kPa以上时，吸附量线性递增阶段，该峰发生强度快速下降直至消失。

峰2：2θ=6.58°——首次扩孔的“过渡结构”

图4 MOF吸附苯蒸气过程中2θ=6.58°谱图变化

此峰在初始状态下不存在，当压力超过0.137 kPa时突然出现（d=1.341 nm），代表一次首次扩孔产生的新晶面。

• 1 kPa以下的吸附量快速上升期时，这个峰快速出现，贡献较强的吸附能力；

• 1 kPa以上，该结构趋于稳定；

• 5 kPa以上时，该结构瞬间消失，不再贡献吸附能力。

峰2说明首次扩孔形成的结构仅为过渡态，其作用随吸附进程推进而终结。

峰3：2θ=5.45°——二次扩孔的“最终结构”

图5 MOF吸附苯蒸气过程中2θ=5.45°谱图变化

当压力达到1.87 kPa时，更低角度出现了全新衍射峰——2θ=5.45°（d=1.625 nm），更大晶面间距代表二次扩孔发生的。

• 1 kPa以下的吸附量快速上升期时，这个峰基本不存在，没有贡献吸附能力；

• 1 kPa以上，该结构快速形成，并持续贡献吸附能力。

• 峰3的出现，解释了阶段III吸附量为何能再次爬升—材料通过二次扩孔构建了新的吸附微环境，从而容纳更多苯分子。

原位联用技术赋予“呼吸效应”以可视化结构依据

通过将吸附等温线的三个阶段与三个衍射峰的“出现–维持–消失”过程进行压力轴上的精确对应，本研究清晰地还原了柔性MOF在苯蒸气吸附过程中的逐级扩孔路径：

• 初始扰动（<0.137 kPa）：初始孔道被激活，但尚未发生结构相变；

• 首次扩孔（0.137~1 kPa）：新晶面（6.58°）快速形成，贡献主要吸附容量；

• 平台休整（1~2.5 kPa）：新孔道填充趋于饱和，结构暂时稳定；

• 二次扩孔（＞2.5 kPa）：更大孔道（5.45°）接替登场，吸附量二次跃升。

原位物理吸附XRD联用技术的核心价值在于：各特征衍射峰的演变行为（包括其出现、位移、强度变化及消失）均可作为结构事件的实时指纹信息；吸附等温线中各特征区段的转折，均能在衍射图谱中获得明确的结构对应与佐证。

精微高博致力于提供原位物理吸附XRD联用一体化表征方案，使动态吸附过程突破传统“吸附前–吸附后”对比分析的局限，实现吸附量与晶体结构信息的同步采集与关联解析，为深入理解吸附机理、揭示材料结构响应路径提供直接证据。该技术有望在VOCs治理、气体分离、智能响应材料等前沿领域发挥重要支撑作用。