Confining Water Nanotubes in a Cu10O13-Based Metal–Organic Framework for Propylene/Propane Separation with Record-High Selectivity

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作者
Qiubing Dong,Yuhang Huang,Jingmeng Wan,Zhiyong Lu,Zhaoxu Wang,Cheng Gu,Jingui Duan,Junfeng Bai
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (14): 8043-8051 被引量:96
标识
DOI:10.1021/jacs.3c00515
摘要

Energy-efficient separation of propylene (C3H6)/propane (C3H8) is in high demand for the chemical industry. However, this process is challenging due to the imperceptible difference in molecular sizes of these gases. Here, we report a continuous water nanotube dedicatedly confined in a Cu10O13-based metal-organic framework (MOF) that can exclusively adsorb C3H6 over C3H8 with a record-high selectivity of 1570 (at 1 bar and 298 K) among all the porous materials. Such a high selectivity originates from a new mechanism of initial expansion and subsequent contraction of confined water nanotubes (∼4.5 Å) caused by C3H6 adsorption rather than C3H8. Such unique response was further confirmed by breakthrough measurements, in which one adsorption/desorption cycle yields each component of the binary mixture high purity (C3H6: 98.8%; C3H8: >99.5%) and good C3H6 productivity (1.6 mL mL-1). Additionally, benefiting from the high robustness of the framework, the water nanotubes can be facilely recovered by soaking the MOF in water, ensuring long-term use. The molecular insight here demonstrates that the confining strategy opens a new route for expanding the function of MOFs, particularly for the sole recognition from challenging mixtures.
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