Fine pore engineering in a series of isoreticular metal-organic frameworks for efficient C2H2/CO2 separation

选择性 乙炔 金属有机骨架 色散(光学) 分子 材料科学 密闭空间 化学工程 吸附 纳米技术 化学 化学物理 物理化学 有机化学 物理 催化作用 光学 工程类
作者
Jun Wang,Yan Zhang,Yun Su,Xing Liu,Peixin Zhang,Rui‐Biao Lin,Shixia Chen,Qiang Deng,Zheling Zeng,Shuguang Deng,Banglin Chen
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1): 200-200 被引量:334
标识
DOI:10.1038/s41467-021-27929-7
摘要

Abstract The separation of C 2 H 2 /CO 2 is not only industrially important for acetylene purification but also scientifically challenging owing to their high similarities in physical properties and molecular sizes. Ultramicroporous metal-organic frameworks (MOFs) can exhibit a pore confinement effect to differentiate gas molecules of similar size. Herein, we report the fine-tuning of pore sizes in sub-nanometer scale on a series of isoreticular MOFs that can realize highly efficient C 2 H 2 /CO 2 separation. The subtle structural differences lead to remarkable adsorption performances enhancement. Among four MOF analogs, by integrating appropriate pore size and specific binding sites, [Cu(dps) 2 (SiF 6 )] (SIFSIX-dps-Cu, SIFSIX = SiF 6 2- , dps = 4.4’-dipyridylsulfide, also termed as NCU-100) exhibits the highest C 2 H 2 uptake capacity and C 2 H 2 /CO 2 selectivity. At room temperature, the pore space of SIFSIX-dps-Cu significantly inhibits CO 2 molecules but takes up a large amount of C 2 H 2 (4.57 mmol g −1 ), resulting in a high IAST selectivity of 1787 for C 2 H 2 /CO 2 separation. The multiple host-guest interactions for C 2 H 2 in both inter- and intralayer cavities are further revealed by dispersion-corrected density functional theory and grand canonical Monte Carlo simulations. Dynamic breakthrough experiments show a clean C 2 H 2 /CO 2 separation with a high C 2 H 2 working capacity of 2.48 mmol g −1 .
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