Exceptional SF 6 /N 2 Separation of Metal–Organic Frameworks by Overcoming the Capacity‐Selectivity Trade‐Off via Ligand Engineering

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作者
Hong‐Xiang Nie,Hong‐Wei Chen,Hongliang Huang,Libo Li,Jiandong Pang,Ze Chang,Xian‐He Bu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (11) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/adfm.202518830
摘要

Abstract The effective capture of sulfur hexafluoride (SF 6 ) is crucial from both economic and environmental viewpoints. However, the investigation of low‐energy and sustainable methods for separating SF 6 from the SF 6 /N 2 mixture remains challenging. Herein, a ligand engineering strategy is employed to optimize the metal–organic framework (MOF) adsorbent for effective separation of SF 6 and N 2 . By utilizing the isoreticular chemistry with structurally similar tetracarboxylic acid ligands, a series of Al‐MOFs is constructed, enabling systematic and precise pore size optimization and surface functionalization to enhance SF 6 binding affinity. Remarkably, the compound 4 , based on 2,3,5,6‐tetrakis(4‐carboxyphenyl)pyrazine ligand, is screened to exhibit both high SF 6 uptake at low pressure (55 cm 3 g −1 at 10 kPa and 84 cm 3 g −1 at 100 kPa, 298 K) and high SF 6 /N 2 selectivity of (512 for 10/90 mixture), which surpasses most reported MOFs. Furthermore, breakthrough experiments demonstrate that these Al‐MOFs can recover high‐purity SF 6 from low‐concentration (10%) SF 6 /N 2 mixture under high‐humidity conditions, with exceptional stability over multiple cycles. Theoretical calculations reveal the supramolecular interactions between SF 6 and the framework, elucidating the mechanism behind the superior performance of these materials. This work highlights the potential of pore engineering in MOFs to overcome the selectivity‐uptake trade‐off, offering a sustainable solution for SF 6 management.
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