Bioinspired Design of a Giant [Mn86] Nanocage‐Based Metal‐Organic Framework with Specific CO2 Binding Pockets for Highly Selective CO2 Separation

纳米笼 微型多孔材料 金属有机骨架 选择性 吸附 气体分离 分子 化学 选择性吸附 纳米技术 化学工程 材料科学 物理化学 有机化学 催化作用 生物化学 工程类
作者
Shubo Geng,Hang Xu,Chun‐Shuai Cao,Tony Pham,Bin Zhao,Zhenjie Zhang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (32): e202305390-e202305390 被引量:33
标识
DOI:10.1002/anie.202305390
摘要

Adsorption-based removal of carbon dioxide (CO2 ) from gas mixtures has demonstrated great potential for solving energy security and environmental sustainability challenges. However, due to similar physicochemical properties between CO2 and other gases as well as the co-adsorption behavior, the selectivity of CO2 is severely limited in currently reported CO2 -selective sorbents. To address the challenge, we create a bioinspired design strategy and report a robust, microporous metal-organic framework (MOF) with unprecedented [Mn86 ] nanocages. Attributed to the existence of unique enzyme-like confined pockets, strong coordination interactions and dipole-dipole interactions are generated for CO2 molecules, resulting in only CO2 molecules fitting in the pocket while other gas molecules are prohibited. Thus, this MOF can selectively remove CO2 from various gas mixtures and show record-high selectivities of CO2 /CH4 and CO2 /N2 mixtures. Highly efficient CO2 /C2 H2 , CO2 /CH4 , and CO2 /N2 separations are achieved, as verified by experimental breakthrough tests. This work paves a new avenue for the fabrication of adsorbents with high CO2 selectivity and provides important guidance for designing highly effective adsorbents for gas separation.
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