Rational Design of a π‐Electron Rich Co‐MOF Enabling Benchmark C2H6/CH4 Selectivity in Natural Gas Purification

材料科学 水准点(测量) 选择性 天然气 电子 合理设计 分析化学(期刊) 物理化学 化学工程 纳米技术 有机化学 核物理学 物理 化学 大地测量学 工程类 地理 催化作用
作者
Shao‐Min Wang,Li Xu,Ping Zhang,Yitao Li,Te Wang,Qing‐Yuan Yang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202504251
摘要

Abstract The growing demand for energy‐efficient natural gas purification necessitates advanced porous adsorbents that enable molecular precision in separating higher hydrocarbons C 2 H 6 /C 3 H 8 from CH ₄ while maintaining methane purity. Through rational π ‐electron engineering of the framework structure, a microporous Co‐MOF is reported, constructed from pyridine carboxylic acid‐based aromatic ligands that achieve a benchmark C₂H₆/CH₄ selectivity of 83.8, ranking among the highest reported for MOF materials. The framework also demonstrates an exceptional IAST selectivity of 715.6 for C 2 H 6 /C 3 H 8 (5/5) mixtures, coupled with high uptake capacities of 65.5 cm 3 ·g⁻¹ for C₂H₆ and 65.8 cm 3 ·g⁻¹ for C₃H₈ at 298 K and 100 kPa. This remarkable separation performance stems from the strategic incorporation of π ‐electron aromatic ligands, which enhance the C‐H··· π interactions with hydrocarbon molecules. Breakthrough experiments demonstrate practical viability, achieving 99.97% methane purity in the effluent stream. Molecular simulations confirm that the selective adsorption originates from optimized C‐H··· π interactions and van der Waals forces between the framework and guest molecules, validating the rational design approach for high‐performance MOFs in industrial gas separation.
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