High-Capacity, Cooperative CO2 Capture in a Diamine-Appended Metal–Organic Framework through a Combined Chemisorptive and Physisorptive Mechanism

化学 物理吸附 化学吸附 二胺 范德瓦尔斯力 金属有机骨架 乙胺 氨基甲酸 哌啶 傅里叶变换红外光谱 物理化学 化学工程 有机化学 分子 吸附 工程类
作者
Ziting Zhu,Hsinhan Tsai,Surya T. Parker,Jung‐Hoon Lee,Yuto Yabuuchi,Henry Z. H. Jiang,Yang Wang,Shuoyan Xiong,Alexander C. Forse,Bhavish Dinakar,Adrian Huang,Chaochao Dun,Phillip J. Milner,Alex Smith,Pedro Guimarães Martins,Katie R. Meihaus,Jeffrey J. Urban,Jeffrey A. Reimer,Jeffrey B. Neaton,Jeffrey R. Long
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (9): 6072-6083 被引量:33
标识
DOI:10.1021/jacs.3c13381
摘要

Diamine-appended Mg2(dobpdc) (dobpdc4– = 4,4′-dioxidobiphenyl-3,3′-dicarboxylate) metal–organic frameworks are promising candidates for carbon capture that exhibit exceptional selectivities and high capacities for CO2. To date, CO2 uptake in these materials has been shown to occur predominantly via a chemisorption mechanism involving CO2 insertion at the amine-appended metal sites, a mechanism that limits the capacity of the material to ∼1 equiv of CO2 per diamine. Herein, we report a new framework, pip2–Mg2(dobpdc) (pip2 = 1-(2-aminoethyl)piperidine), that exhibits two-step CO2 uptake and achieves an unusually high CO2 capacity approaching 1.5 CO2 per diamine at saturation. Analysis of variable-pressure CO2 uptake in the material using solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and in situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTS) reveals that pip2–Mg2(dobpdc) captures CO2 via an unprecedented mechanism involving the initial insertion of CO2 to form ammonium carbamate chains at half of the sites in the material, followed by tandem cooperative chemisorption and physisorption. Powder X-ray diffraction analysis, supported by van der Waals-corrected density functional theory, reveals that physisorbed CO2 occupies a pocket formed by adjacent ammonium carbamate chains and the linker. Based on breakthrough and extended cycling experiments, pip2–Mg2(dobpdc) exhibits exceptional performance for CO2 capture under conditions relevant to the separation of CO2 from landfill gas. More broadly, these results highlight new opportunities for the fundamental design of diamine–Mg2(dobpdc) materials with even higher capacities than those predicted based on CO2 chemisorption alone.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
唠叨的白萱完成签到,获得积分10
1秒前
一灯完成签到 ,获得积分10
2秒前
2秒前
3秒前
felix发布了新的文献求助10
3秒前
研友_VZG7GZ应助TomYU采纳,获得10
4秒前
ding应助TomYU采纳,获得30
4秒前
充电宝应助TomYU采纳,获得10
5秒前
所所应助TomYU采纳,获得30
5秒前
柯一一应助TomYU采纳,获得30
5秒前
maomao应助TomYU采纳,获得10
5秒前
Ava应助TomYU采纳,获得10
5秒前
5秒前
6秒前
lds完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
泡泡甜筒发布了新的文献求助10
6秒前
无花果应助peng采纳,获得10
7秒前
情怀应助Mitochondrion采纳,获得10
7秒前
大慧慧完成签到,获得积分10
7秒前
8秒前
君君发布了新的文献求助10
8秒前
雪白凡双完成签到,获得积分10
8秒前
8秒前
王广发得得完成签到,获得积分10
9秒前
北风完成签到,获得积分10
10秒前
风筝不断线完成签到,获得积分10
10秒前
jenningseastera应助小冰采纳,获得10
11秒前
Jasper应助英勇的沛春采纳,获得10
11秒前
落寞的曼冬完成签到,获得积分10
11秒前
11秒前
11秒前
12秒前
kk发布了新的文献求助10
12秒前
TheLimerence发布了新的文献求助10
13秒前
谭平发布了新的文献求助10
13秒前
可以的发布了新的文献求助10
13秒前
一灯发布了新的文献求助10
14秒前
14秒前
14秒前
高分求助中
ФОРМИРОВАНИЕ АО "МЕЖДУНАРОДНАЯ КНИГА" КАК ВАЖНЕЙШЕЙ СИСТЕМЫ ОТЕЧЕСТВЕННОГО КНИГОРАСПРОСТРАНЕНИЯ 3000
Les Mantodea de Guyane: Insecta, Polyneoptera [The Mantids of French Guiana] 2500
Future Approaches to Electrochemical Sensing of Neurotransmitters 1000
Electron microscopy study of magnesium hydride (MgH2) for Hydrogen Storage 1000
Finite Groups: An Introduction 800
Research on WLAN scenario optimisation policy based on IoT smart campus 500
生物降解型栓塞微球市场(按产品类型、应用和最终用户)- 2030 年全球预测 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 计算机科学 化学工程 内科学 复合材料 物理化学 电极 遗传学 量子力学 基因 冶金 催化作用
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3905663
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3450883
关于积分的说明 10862852
捐赠科研通 3176286
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1754787
邀请新用户注册赠送积分活动 848456
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 791027