Temperature-Dependent Gate-Opening Behavior and C2H2/CO2 and C2H2/C2H4 Separation in a 4-Fold Interpenetrated Flexible MOF

化学 选择性 乙炔 气体分离 吸附 乙烯 化学工程 选择性吸附 合理设计 空气分离 工作(物理) 三元运算 二氧化碳 金属有机骨架 纳米技术 分离(统计) 聚合物 组合化学 相容性(地球化学)
作者
Zhu-Lin Li,Wang Shan-shan,Guang-Li Zhu,Tang Cai-feng,Yujie Liang,Bo Huang,Ai‐Xin Zhu
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.6c03666
摘要

Abstract The efficient separation of acetylene (C2H2) from carbon dioxide (CO2) and ethylene (C2H4) is critical for producing high-purity chemical feedstocks but remains challenging due to their similar physicochemical properties. The development of functional metal–organic frameworks (MOFs) featuring superior selectivity for both C2H2/CO2 and C2H2/C2H4 mixtures is quite necessary. Herein, we synthesized a novel 4-fold interpenetrated flexible MOF (Zn-MOF-α) that exhibits a reversible solid-state structural transformation upon guest removal/uptake. After activation, Zn-MOF-α (featuring 2D cavities) converts to Zn-MOF-β (with 0D voids) accompanied by the rotation of the organic linkers and the contraction of interstitial spaces. Notably, Zn-MOF-β features unique temperature-dependent gate-opening effects toward C2 gases. At 298 K and 1 bar, it exhibits high selectivities of 15.7 for equimolar C2H2/CO2 and 15.2 for equimolar C2H2/C2H4, outperforming many previously reported MOFs. Dynamic breakthrough experiments further confirm its excellent separation performance for binary mixtures (C2H2/CO2 and C2H2/C2H4) under various conditions, demonstrating efficient recovery of high-purity C2H2 with remarkable cyclic stability. This work provides a promising adsorbent for challenging gas separation and offers a rational design strategy for advanced MOF materials.
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