Substituent Engineering in Pore-Space-Partitioned Metal–Organic Frameworks for CO2 Selective Adsorption and Fixation

化学 取代基 金属有机骨架 吸附 固碳 固定(群体遗传学) 化学工程 无机化学 有机化学 二氧化碳 生物化学 基因 工程类
作者
Shu‐Cong Fan,Yali Zhang,Jing‐Jing Ni,Yongpeng Li,Shu-Ni Li,Quan‐Guo Zhai
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:62 (49): 20279-20287 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.3c03289
摘要

Comprehensive understanding of substituent groups located on the pore surface of metal-organic frameworks (which we call substituent engineering herein) can help to promote gas adsorption and catalytic performance through ligand functionalization. In this work, pore-space-partitioned metal-organic frameworks (PSP MOFs) were selected as a platform to evaluate the effect of organic functional groups on CO2 adsorption, separation, and catalytic conversion. Twelve partitioned acs metal-organic frameworks (pacs-MOFs, named SNNU-25-Rn here) containing different functional groups were synthesized, which can be classified into electron-donor groups (-OH, -NH2, -CH3, and -OCH3) and electron-acceptor groups (-NO2, -F, -Cl, and -Br). The experimental results showed that SNNU-25-Rn with electron donors usually perform better than those with electron acceptors for the comprehensive utilization of CO2. The CO2 uptake of the 12 SNNU-25-Rn MOFs ranged from 30.9 to 183.6 cm3 g-1 at 273 K and 1 bar, depending on the organic functional groups. In particular, SNNU-25-OH showed the highest CO2 adsorption, SNNU-25-CH3 had the highest IAST of CO2/CH4 (36.1), and SNNU-25-(OH)2 showed the best catalytic activity for the CO2 cycloaddition reaction. The -OH functionalized MOFs with excellent performance may be attributed to the Lewis acid-base and hydrogen-bonding interactions between -OH groups and the CO2 molecules. This work modulated the effect of the microenvironment of MOFs on CO2 adsorption, separation, and catalysis in terms of substituents, providing valuable information for the precise design of porous MOFs with a comprehensive utilization of CO2.
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