Sequential Pore Functionalization in MOFs for Enhanced Carbon Dioxide Capture

表面改性 二氧化碳 化学工程 材料科学 纳米技术 化学 有机化学 工程类
作者
Ankit K. Yadav,Andrzej Gładysiak,Ah‐Young Song,Lei Gan,Casey R. Simons,Nawal M. Alghoraibi,Ammar Alahmed,Mourad Younes,Jeffrey A. Reimer,Hongliang Huang,José Giner Planas,Kyriakos C. Stylianou
出处
期刊:JACS Au [American Chemical Society]
卷期号:4 (12): 4833-4843 被引量:9
标识
DOI:10.1021/jacsau.4c00808
摘要

The capture of carbon dioxide (CO2) is crucial for reducing greenhouse emissions and achieving net-zero emission goals. Metal-organic frameworks (MOFs) present a promising solution for carbon capture due to their structural adaptability, tunability, porosity, and pore modification. In this research, we explored the use of a copper (Cu(II))-based MOF called m CBMOF-1. After activation, m CBMOF-1 generates one-dimensional channels with square cross sections, featuring sets of four Cu(II) open metal sites spaced by 6.042 Å, allowing strong interactions with coordinating molecules. To investigate this capability, m CBMOF-1 was exposed to ammonia (NH3) gas, resulting in hysteretic NH3 isotherms indicative of strong interactions between Cu(II) and NH3. At 150 mbar and 298 K, the NH3-loaded (∼1 mmol/g) material exhibited a 106% increase in CO2 uptake compared to that of the pristine m CBMOF-1. Carbon-13 solid-state nuclear magnetic resonance spectra and density functional theory calculations confirmed that the sequential loading of NH3 followed by CO2 adsorption generated a copper-carbamic acid complex within the pores of m CBMOF-1. Our study highlights the effectiveness of sequential pore functionalization in MOFs as an attractive strategy for enhancing the interactions of MOFs with small molecules such as CO2.
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