Pore-Space-Partitioned Cage-Based Ionic Co(II) Framework for Selective Adsorption and Atmospheric Pressure Recyclable Cycloaddition of CO2

化学 环加成 笼子 离子键合 吸附 空格(标点符号) 大气压力 化学工程 物理化学 有机化学 离子 催化作用 组合数学 哲学 工程类 地质学 海洋学 语言学 数学
作者
Atanu Pandit,Partha Pratim Mondal,Manpreet Singh,Subhadip Neogi
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.5c01626
摘要

The advancement of multifunctional metal-organic frameworks (MOFs) incorporating task-specific sites holds significant potential for carbon footprint reduction. We report the synthesis of a thermochemically robust and microporous, charged Co(II)-organic framework, assembled from a -NH2-functionalized dicarboxylate ligand, a triazine core containing a tris-pyridyl linker, and an in situ generated [Co3(μ3-O)(COO)6N3]2- secondary building unit. Interestingly, C3-symmetric linkers partition the larger channels into trigonal-bipyramidal-shaped smaller cages. The activated MOF demonstrates substantial CO2 adsorption with moderate framework-gas interaction and also divulges minor CO2 loss during multiple capture-release cycles. The presence of diverse polar sites benefits the material, exhibiting selective CO2 adsorption over N2 and CH4 with a 23% enhancement in CO2/N2 selectivity upon increasing the temperature from 273 to 298 K. This anionic framework acts as a solvent-free CO2 cycloaddition catalyst that works effectively under atmospheric pressure with appreciable reusability, wide substrate tolerance, and pore-partition-governed size selectivity. The pendent -NH2 sites facilitate epoxide activation through hydrogen-bonding interactions, complemented by the π-electron-deficient triazine core moiety. In addition to computational studies, the crucial roles of pore-affixed functionalities in CO2 fixation are corroborated by diverse control experiments, including substrate-mediated fluorescence modulation, which rationalizes the reaction mechanism. This study provides valuable insights into the modulation of the microenvironment in cage-based MOFs for effective adsorption, separation, and catalytic fixation of CO2.
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