Boosting Ethylene/Ethane Separation within Copper(I)‐Chelated Metal–Organic Frameworks through Tailor‐Made Aperture and Specific π‐Complexation

选择性 微型多孔材料 吸附 金属有机骨架 乙烯 螯合作用 水溶液中的金属离子 化学 分子 石油化工 金属 化学工程 材料科学 无机化学 有机化学 催化作用 工程类
作者
Ling Zhang,Libo Li,Enlai Hu,Ling Yang,Kai Shao,Lijia Yao,Ke Jiang,Yuanjing Cui,Yu Yang,Bin Li,Banglin Chen,Guodong Qian
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:7 (2): 1901918-1901918 被引量:135
标识
DOI:10.1002/advs.201901918
摘要

Abstract The development of new materials for separating ethylene (C 2 H 4 ) from ethane (C 2 H 6 ) by adsorption is of great importance in the petrochemical industry, but remains very challenging owing to their close molecular sizes and physical properties. Using isoreticular chemistry in metal–organic frameworks (MOFs) enables the precise design and construction of target materials with suitable aperture sizes and functional sites for gas separations. Herein, it is described that fine‐tuning of pore size and π‐complexation simultaneously in microporous copper(I)‐chelated MOFs can remarkably boost the C 2 H 4 /C 2 H 6 adsorption selectivity. The judicious choice of organic linkers with a different number of carboxyl groups in the UiO‐66 framework not only allows the fine tuning of the pore size but also immobilizes copper(I) ions onto the framework. The tailor‐made adsorbent, Cu I @UiO‐66‐(COOH) 2 , thus possesses the optimal pore window size and chelated Cu(I) ions to form π‐complexation with C 2 H 4 molecules. It can rapidly adsorb C 2 H 4 driven by the strong π‐complexation interactions, while effectively reducing C 2 H 6 uptake due to the selective size‐sieving. Therefore, this material exhibits an ultrahigh C 2 H 4 /C 2 H 6 selectivity (80.8), outperforming most previously described benchmark materials. The exceptional separation performance of Cu I @UiO‐66‐(COOH) 2 is validated by breakthrough experiments for 50/50 v/v C 2 H 4 /C 2 H 6 mixtures under ambient conditions.
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