二氧化硫（SO₂）是一种对人类健康和生态环境构成威胁的大气污染物。同时，有效去除SO₂对于许多工业过程的高效运行至关重要。例如，在火电厂的烟气脱碳过程中，常采用化学吸收法，为了确保醇胺吸收剂的性能稳定，需要在烟气中预先去除微量的SO₂，以防止吸收剂性能严重下降。目前，主要采用的湿法烟气脱硫技术存在着一系列问题，如设备腐蚀、能耗高、占地大、系统复杂、投资高、运行成本高、耗水多等，限制了其应用。物理吸附原理的变压吸附技术是一种新兴的分离工艺，具有高效、低能耗、低成本的优势，在烟气脱硫领域有广泛应用前景。然而，构造出既具有高吸附容量、高SO₂选择性又具有高稳定性的吸附剂材料仍然是一项极具挑战性的任务。

为解决这一难题，中国石油大学（华东）的李良军等研究人员采用支柱嵌入策略，在高孔隙率和高稳定性的框架中嵌入氟化阴离子，以提高SO2吸附性能。这种策略保持了高孔隙率和稳定性，同时引入了高密度的吸附位点，实现了三种特性的融合。经过密度泛函理论筛选，选择了[NbOF₅]^2-和[TaOF₅]^2-作为支柱，构建了柱笼型APMOFs材料：NbOFFIVE-Cu-TPA和TaOFFIVE-Cu-TPA。

这些APMOFs材料具有高比表面积和孔体积，同时也具有高密度的活性位点，保证了高SO₂吸附量和吸附选择性。实验表明，在298 K和0.1 bar下，NbOFFIVE-Cu-TPA和TaOFFIVE-Cu-TPA的SO₂吸附量分别达到了84.1 cm³/g和77.9 cm³/g，超过了大多数MOF材料。此外，它们还对SO₂的吸附显示了出色的循环稳定性。相比SO₂，该类材料对CO₂、CH₄和N₂的吸附性能一般。理想溶液吸附理论（IAST）计算结果揭示了这些材料在SO₂/ CO₂和SO₂/ N₂分离方面的优异选择性。

正则蒙特卡洛（GCMC）方法和色散校正密度泛函理论（d-DFT）模拟结果显示，小笼子和大笼子分别是SO2的第一和第二吸附位点，多位点相互作用是高选择性吸附的原因。SO₂吸附后的单晶X-射线衍射研究进一步验证了该吸附机理。混合气体穿透曲线和循环穿透曲线的数据显示，这些材料在SO2/ CO₂和SO₂/ N₂分离中表现出卓越性能，具有很好的循环稳定性，即使在湿润条件下也能保持卓越的分离性能。

以上的研究结果表明，利用支柱嵌入策略，通过对材料的结构和功能基团进行精心设计，可构造出具有高吸附容量、高选择性和高稳定性的柱笼型APMOFs材料。该研究为解决SO₂污染问题提供了创新的解决方案，具有广泛的环保和工业应用前景。