Adsorbate‐Selective Induced‐Fit in an Ultramicroporous Metal–Organic Framework for Efficient CO 2 Sieving

吸附 烟气 材料科学 化学工程 甲烷 相(物质) 原位 选择性吸附 选择性 粉末衍射 纳米技术 溶剂 衍射 金属有机骨架 气体分离 傅里叶变换红外光谱 氮气 工作(物理) 环境压力 天然气
作者
Qiang Zhang,Zhi‐Jian Fu,Ze‐Ying Qian,Wenxuan Feng,Yi‐Long Li,Lan Lan,Shan‐Qing Yang,Lu‐Lu Wang,Ya‐Ru Shao,Tong‐Liang Hu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:22 (27): e73161-e73161
标识
DOI:10.1002/smll.73161
摘要

ABSTRACT Capturing CO 2 from flue and natural gas is very critical for environmental and industrial progress. However, achieving high CO 2 selectivity over nitrogen (N 2 ) and methane (CH 4 ) via the molecular sieving mechanism remains a significant challenge. Flexible metal–organic frameworks (MOFs) with specific CO 2 ‐responsive adsorption behaviors offer an appealing platform for developing efficient adsorbents. Herein, we present a robust pillar‐layered MOF ( NUM‐19 ), which exhibits an adaptive pore structure for efficient CO 2 sieving from N 2 and CH 4 . Through removing solvent molecules, NUM‐19 underwent a transformation from the large pore phase to the narrow pore phase, attested through single‐crystal X‐ray diffraction studies. The activated NUM‐19a allows small CO 2 to enter the channels, while repelling larger N 2 and CH 4 molecules. Therefore, NUM‐19a displays ultrahigh selectivities of 3226 and 7010 for CO 2 /N 2 and CO 2 /CH 4 mixtures under ambient conditions. Both static gas adsorption and dynamic breakthrough experiments confirmed its excellent separation performance. Furthermore, in situ powder X‐ray diffraction and in situ infrared spectroscopy, coupled with theoretical calculations, reveal that selective CO 2 adsorption in NUM‐19a is facilitated by an induced‐fit mechanism between CO 2 and the host framework. This work provides some valuable insights for developing highly efficient CO 2 ‐selective sorbents.
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