A Flexible Phosphonate Metal–Organic Framework for Enhanced Cooperative Ammonia Capture

化学 膦酸盐 金属 组合化学 纳米技术 有机化学 材料科学
作者
Dukula De Alwis Jayasinghe,Yinlin Chen,Jiangnan Li,Justyna Rogacka,Meredydd Kippax‐Jones,Wanpeng Lu,Sergei Sapchenko,Jinyue Yang,Sarayute Chansai,Tianze Zhou,Lixia Guo,Yujie Ma,Long‐Zhang Dong,Daniil M. Polyukhov,Lutong Shan,Yu Han,Danielle Crawshaw,Xiangdi Zeng,Zhaodong Zhu,Lewis Hughes,Mark D. Frogley,Pascal Manuel,Svemir Rudić,Yongqiang Cheng,Christopher Hardacre,Martin Schröder,Sihai Yang⧫
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.4c12430
摘要

Ammonia (NH3) production in 2023 reached 150 million tons and is associated with potential concomitant production of up to 500 million tons of CO2 each year. Efforts to produce green NH3 are compromised since it is difficult to separate using conventional condensation chillers, but in situ separation with minimal cooling is challenging. While metal–organic framework materials offer some potential, they are often unstable and decompose in the presence of caustic and corrosive NH3. Here, we address these challenges by developing a pore-expansion strategy utilizing the flexible phosphonate framework, STA-12(Ni), which shows exceptional stability and capture of NH3 at ppm levels at elevated temperatures (100–220 °C) even under humid conditions. A remarkable NH3 uptake of 4.76 mmol g–1 at 100 μbar (equivalent to 100 ppm) is observed, and in situ neutron powder diffraction, inelastic neutron scattering, and infrared microspectroscopy, coupled with modeling, reveal a pore expansion from triclinic to a rhombohedral structure on cooperative binding of NH3 to unsaturated Ni(II) sites and phosphonate groups. STA-12(Ni) can be readily engineered into pellets or monoliths without losing adsorption capacity, underscoring its practical potential.
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