A Metal‐Organic Framework with Tailored Shape‐matched Interactions towards Ambient‐temperature Argon Removal for Oxygen Purification

吸附 分子 杂质 惰性气体 化学极性 氧气 精炼(冶金) 材料科学 巴(单位) 选择性吸附 化学 分析化学(期刊) 物理化学 有机化学 物理 气象学
作者
Puxu Liu,Jianhui Li,Furong Yan,Jing‐Hong Li,Lifei Yin,Yutao Liu,Yang Chen,Rui‐Biao Lin,Jinping Li,Xiaohong Chen,Libo Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202504324
摘要

High‐purity oxygen (O2) is essential for high‐value‐added applications in the medical, aerospace, and electronics sectors. The production of high‐purity O2 via non‐thermal‐driven pressure‐swing adsorption has the advantages of portable operation and low energy consumption. However, effectively removing trace amounts of argon (Ar) impurities in this process is indispensable and it is a fundamental challenge to achieve the preferential adsorption of inert Ar atoms over polar O2 molecules instead of traditional thermodynamic or molecule sieving strategies. Herein, we have demonstrated this problem was addressed by integrating spheroidal shape‐matched interactions to fit the spheroid Ar atoms, while repulsing the linear O2 molecules. Using this strategy, customized TYUT‐20 enables the exceptional recognition of Ar atoms over O2 molecules, demonstrating an unprecedented Ar adsorption capacity of up to 14.5 cm3/g and a top‐performing Ar/O2 (1.54) selectivity at 298 K and 1 bar. The Ar atom recognition mechanism on this adsorbent has been investigated using Ar‐loaded single crystal diffraction analysis and molecular simulation studies. The productivity of high‐purity O2 (>99.99%) from a 5/95 Ar/O2 mixture breakthrough experiment reached 6.6 L/kg under ambient conditions, which highlighted TYUT‐20 as a very promising adsorbent in ready‐to‐use high‐purity O2 production.
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