Simultaneous Capture and Luminescent Detection of Trace Benzene in Cyclohexane Enabled by π-Accepting Benzothiadiazole Units in a Metal–Organic Framework

环己烷 化学 发光 选择性 堆积 深铬移 光化学 吸附 物理化学 无机化学 分析化学(期刊) 检出限 分散性 甲苯 微量
作者
Dmitry I. Pavlov,Xiaolin Yu,Zixuan Zhou,Alexey A. Ryadun,Denis G. Samsonenko⧫,Eugene Maximovskiy,Evgeniy H. Sadykov,Аndrei S. Potapov,Vladimir P. Fedin
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (16): 17240-17248 被引量:2
标识
DOI:10.1021/jacs.6c02380
摘要

The separation and detection of trace benzene in cyclohexane is a challenging task in the chemical industry due to its nearly identical physical properties. Herein, we report a tailored metal–organic framework (MOF), NIIC-66, which simultaneously addresses both challenges through a synergistic combination of molecular sieving and luminescent sensing. NIIC-66 exhibits exceptional selectivity for benzene over cyclohexane in the liquid phase, with record-high selectivity factors of 998 and 1929 for 10:100 and 1:100 benzene–cyclohexane mixtures, respectively. Practical application demonstrates the purging of benzene from 99.9% cyclohexane to achieve 99.999% purity. Furthermore, benzene adsorption induces a pronounced luminescence response, featuring a significant intensity enhancement and a bathochromic shift. The limit of detection for benzene in cyclohexane is 13 ppm, the lowest value reported to date for liquid-phase detection. Single-crystal X-ray diffraction and computational studies reveal that the exceptional performance arises from the framework’s narrow slit-like pores and electron-deficient benzothiadiazole units, which facilitate strong π–π stacking interactions with benzene molecules, enabling both selective capture and luminescent sensing.
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