A facile synthesis of monolithic MOF single crystal for gas separation via a supersaturation strategy

过饱和度 气体分离 渗透 选择性 材料科学 化学工程 巴勒 溶解度 纳米技术 单晶 化学 结晶学 有机化学 催化作用 生物化学 工程类
作者
Xixi Cen,Yuxiu Sun,Caijiao Yu,Chenxu Geng,Zhenjie Gu,De Ao,Zhengqing Zhang,Zhihua Qiao,Chongli Zhong
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier]
卷期号:334: 125995-125995 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2023.125995
摘要

Large-area metal–organic framework (MOF) single crystal membrane materials hold great appeal in gas separation field due to their outstanding separation selectivity and permeability. Nevertheless, it is currently difficult to prepare MOF single crystals large enough for gas separation tests owing to the limited manufacturing processes. In this work, we fabricate a self-supporting MOF single crystal (Co-btec SC) membrane with 0.3 × 0.1 cm2 dimension via a facile supersaturation synthesis strategy. Benefiting from the one-dimensional (1D) transmission pathway and three-dimensional (3D) connection network, the obtained Co-btec SC has ultra-high permeability of 47,647 Barrer. Besides, the H2O molecules firmly filled in the pore channels greatly improve the affinity and solubility for CO2, and thus Co-btec SC yields CO2 preferential permeation in CO2/H2 mixture with superior CO2/H2 selectivity of 18.79. In addition, the Co-btec SC shows dramatic high-temperature and high-humidity separation stabilities. To demonstrate the versatility of this strategy, we also successfully fabricated hydrogen-bonded organic framework single crystals (HOF SCs) with the size of about 0.4 cm. This supersaturation strategy opens a new way to fabricate the large-area MOF single crystal membranes.

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