Harnessing cooperative sorbate-sorbent adaptation in a flexible metal-organic framework for switchable hydrocarbon separation

吸附 连接器 分子间力 分子 化学物理 机制(生物学) 解吸 刚度(电磁) 纳米技术 材料科学 工作(物理) 生物系统 适应(眼睛) 碳氢化合物 化学 金属有机骨架 计算机科学 选择性吸附 相(物质) 聚合物 结合能
作者
Han Fang,Meagan Mulcair,Jisheng Han,Bo Zhang,Brian Space,Shi-Qiang Wang,Mei-Hui Yu,Ze Chang,Xian-He Bu
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:12 (13): eaee4346-eaee4346 被引量:1
标识
DOI:10.1126/sciadv.aee4346
摘要

The pursuit of selective adsorption for separating molecules with similar shapes and interactions remains a formidable challenge. This work harnesses a powerful, previously unrecognized mechanism in a flexible metal-organic framework (Flex-Cd-MOF-3) to achieve switchable adsorption selectivity. Specifically, Flex-Cd-MOF-3, a descendant of Flex-Cd-MOF-2 with increased linker rigidity and functionalization, exhibits both local rearrangements and reversible framework expansion or shrinkage, showing phase-dependent propylene/propane selectivity. Considering propane, mutually beneficial conformational changes in the material and sorbate co-occur that are not possible with rigid propylene, reshaping the energy landscapes. These distinct interaction mechanisms, for otherwise very similar molecules, directly lead to pore swelling and shrinking at different pressures and phase switchable selectivity. An innovative modeling approach was developed that describes the full desorption pathway, explaining the relative binding energies and the sorbate-dependent mechanism of pore shrinkage. This work establishes cooperative sorbate-sorbent adaptation as a generalizable adsorption mechanism for achieving precise separation of similar molecules through distinct intermolecular interactions.
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