Separation of rare gases and chiral molecules by selective binding in porous organic cages

分子 氙气 选择性 材料科学 小分子 多孔性 多孔介质 纳米技术 化学 化学工程 化学物理 有机化学 催化作用 复合材料 生物化学 工程类
作者
Linjiang Chen,Paul S. Reiss,Samantha Y. Chong,Daniel Holden,Kim E. Jelfs,Tom Hasell,Marc A. Little,A. Kewley,Michael E. Briggs,Andrew Stephenson,K. Mark Thomas,Jayne A. Armstrong,Jon G. Bell,J.H. Busto,Raymond Noël,Jian Liu,Denis M. Strachan,Praveen K. Thallapally,Andrew I. Cooper
出处
期刊:Nature Materials [Springer Nature]
卷期号:13 (10): 954-960 被引量:622
标识
DOI:10.1038/nmat4035
摘要

The separation of molecules with similar size and shape is an important technological challenge. For example, rare gases can pose either an economic opportunity or an environmental hazard and there is a need to separate these spherical molecules selectively at low concentrations in air. Likewise, chiral molecules are important building blocks for pharmaceuticals, but chiral enantiomers, by definition, have identical size and shape, and their separation can be challenging. Here we show that a porous organic cage molecule has unprecedented performance in the solid state for the separation of rare gases, such as krypton and xenon. The selectivity arises from a precise size match between the rare gas and the organic cage cavity, as predicted by molecular simulations. Breakthrough experiments demonstrate real practical potential for the separation of krypton, xenon and radon from air at concentrations of only a few parts per million. We also demonstrate selective binding of chiral organic molecules such as 1-phenylethanol, suggesting applications in enantioselective separation.
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