Vertex Strategy in Layered 2D MOFs: Simultaneous Improvement of Thermodynamics and Kinetics for Record C2H2/CO2 Separation Performance

化学 吸附 堆积 动力学 传质 顶点(图论) 选择性 聚合物 扩散 金属有机骨架 热力学 物理化学 催化作用 有机化学 色谱法 图形 数学 量子力学 离散数学 物理
作者
Xiaoqian Zhu,Ke Tian,Jingyi Zhou,Yifei Song,Qianqian Xu,Zhiguo Zhang,Zongbi Bao,Yiwen Yang,Qilong Ren,Qiwei Yang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (16): 9254-9263 被引量:57
标识
DOI:10.1021/jacs.3c01784
摘要

Developing adsorbents with multiple merits in capacity, selectivity, mass transfer, and stability toward C2H2/CO2 separation is crucial and challenging for producing high-purity C2H2 for advanced polymers and the electronic industry. Here, we demonstrate a vertex strategy to create adsorbents combining these merits through rationally designing the vertex groups of a wavy-shaped framework in layered 2D metal-organic frameworks (MOFs) to finely regulate the local conformation and stacking interactions, which creates the optimal inter- and intralayer space to realize simultaneous improvement of adsorption thermodynamics and kinetics. Two new hydrolytically stable MOFs, ZUL-330 and ZUL-430, were prepared, and diverse experiments and modeling on both adsorption equilibrium and diffusion were performed. Record separation selectivities coupled with extraordinary dynamic C2H2 capacities were achieved for C2H2/CO2 mixtures with different proportions (50/50 or 10/5, v/v), along with a small diffusion barrier and fast mass transfer. Consequently, polymer-grade (99.9%) and electronic-grade (99.99%) C2H2 were obtained with excellent productivities of up to ∼6 mmol cm-3.
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