Supramolecular Entanglement in a Hydrogen‐Bonded Organic Framework Enables Flexible‐Robust Porosity for Highly Efficient Purification of Natural Gas

超分子化学 多孔性 氢键 灵活性(工程) 材料科学 分子 金属有机骨架 吸附 分子间力 吸附 晶体工程 化学工程 化学 拓扑(电路) 有机化学 复合材料 工程类 统计 数学 组合数学
作者
Chenghao Jiang,Jiaxin Wang,Di Liu,Enyu Wu,Xiao-Wen Gu,Zuojun Xu,Bin Li,Banglin Chen,Guodong Qian
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202404734
摘要

The development of porous materials with flexible‐robust characteristics shows some unique advantages to target high performance for gas separation, but remains a daunting challenge to achieve so far. Herein, we report a carboxyl‐based hydrogen‐bonded organic framework (ZJU‐HOF‐8a) with flexible‐robust porosity for efficient purification of natural gas. ZJU‐HOF‐8a features a four‐fold interpenetrated structure with dia topology, wherein abundant supramolecular entanglements are formed between the adjacent subnetworks through weak intermolecular hydrogen bonds. This structural configuration could stabilize the whole framework to establish the permanent porosity, but also enable the framework to show some flexibility (so‐called flexible‐robust framework). The flexible‐robust porosity of ZJU‐HOF‐8a was confirmed by gas sorption isotherms and SCXRD studies, showing that the flexible pore pockets can be opened by C3H8 and n‐C4H10 rather by C2H6 and CH4. This leads to notably higher C3H8 and n‐C4H10 uptakes with enhanced selectivities than C2H6 over CH4, affording one of the highest n‐C4H10/CH4 selectivities. The gas‐loaded single‐crystal structures coupled with theoretical simulations reveal that the loading of n‐C4H10 can induce an obvious framework expansion along with pore‐pocket opening to improve n‐C4H10 uptake and selectivity, while not for C2H6 adsorption. This work suggests an effective strategy of designing flexible‐robust HOFs for improving gas separation properties.
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