Porous materials with pre-designed single-molecule traps for CO2 selective adsorption

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作者
Jian‐Rong Li,Jiamei Yu,Weigang Lu,Lin‐Bing Sun,Julian P. Sculley,Perla B. Balbuena,Hong-Cai “Joe” Zhou
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:4 (1): 1538-1538 被引量:632
标识
DOI:10.1038/ncomms2552
摘要

Despite tremendous efforts, precise control in the synthesis of porous materials with pre-designed pore properties for desired applications remains challenging. Newly emerged porous metal-organic materials, such as metal-organic polyhedra and metal-organic frameworks, are amenable to design and property tuning, enabling precise control of functionality by accurate design of structures at the molecular level. Here we propose and validate, both experimentally and computationally, a precisely designed cavity, termed a ‘single-molecule trap’, with the desired size and properties suitable for trapping target CO2 molecules. Such a single-molecule trap can strengthen CO2–host interactions without evoking chemical bonding, thus showing potential for CO2 capture. Molecular single-molecule traps in the form of metal-organic polyhedra are designed, synthesised and tested for selective adsorption of CO2 over N2 and CH4, demonstrating the trapping effect. Building these pre-designed single-molecule traps into extended frameworks yields metal-organic frameworks with efficient mass transfer, whereas the CO2 selective adsorption nature of single-molecule traps is preserved. The synthesis of porous materials designed with specific applications in mind is fundamentally challenging. Here, the authors fabricate single-molecule trap cavities designed for complimentary interactions with CO2 and show that these traps can be assembled into materials with high CO2selectivity.
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