Amino-Functionalized Microporous MOFs for Capturing Greenhouse Gases CF4 and NF3 with Record Selectivity

微型多孔材料 材料科学 金属有机骨架 选择性 吸附 范德瓦尔斯力 吸附 气体分离 化学工程 无机化学 物理化学 有机化学 分子 催化作用 化学 复合材料 工程类 生物化学
作者
Shaomin Wang,Hao-Ling Lan,Guo‐Wei Guan,Qing‐Yuan Yang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (35): 40072-40081 被引量:67
标识
DOI:10.1021/acsami.2c12164
摘要

The capture and separation of fluorinated gases (F-gases) from N 2 has the potential to not only reduce greenhouse gas emissions but also provide economic benefits for the semiconductor industry. In this work, two Ni-based metal–organic frameworks (MOFs), Ni-MOF (Ni(ina) 2, ina = isonicotinic acid) and amine-functionalized NH 2 –Ni-MOF (Ni(3-ain) 2, 3-ain = 3-aminoisonicotinic acid), were constructed for capturing F-gases (CF 4 and NF 3 ). At ambient conditions, both materials exhibit very high CF 4 sorption capacities (2.92 mmol g –1 for Ni-MOF and 2.69 mmol g –1 for NH 2 – Ni-MOF) . In addition, NH 2 –Ni-MOF exhibited a record selectivity of 46.3 for the CF 4 /N 2 mixture at 298 K and 100 kPa, surpassing all benchmark adsorbents, including Ni-MOF (34.7). The kinetic adsorption tests demonstrated that Ni-MOF and NH 2 –Ni-MOF performed well for CF 4 /N 2 and NF 3 /N 2 mixtures. According to grand canonical Monte Carlo (GCMC) simulations, CF 4 or NF 3 interacts with NH 2 –Ni-MOF by multiple van der Waals interactions, resulting in stronger interaction than N 2 . More importantly, dynamic breakthrough experiments verified the practical separation potential of the two materials for CF 4 /N 2 and NF 3 /N 2 mixtures.
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