Modulated Hydrothermal Synthesis of UiO-66(Hf)-Type Metal–Organic Frameworks for Optimal Carbon Dioxide Separation

化学 重量分析 选择性 热液循环 金属有机骨架 吸附 摩尔比 水热合成 无机化学 化学工程 金属 巴(单位) 气体分离 二氧化碳 物理化学 有机化学 催化作用 气象学 工程类 物理 生物化学
作者
Zhigang Hu,Anjaiah Nalaparaju,Yongwu Peng,Jianwen Jiang,Dan Zhao
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:55 (3): 1134-1141 被引量:211
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.5b02312
摘要

Recently, there has been growing interest in hafnium (Hf) metal-organic frameworks (MOFs). These MOFs may perform better as gas adsorbents than zirconium (Zr) MOFs due to the presence of Brønsted acid sites with high affinity toward adsorbates, together with the outstanding chemical and hydrothermal stabilities similar to their Zr analogues. However, Hf-MOFs have been rarely reported due to the lack of effective synthetic methods. We herein report a modulated hydrothermal synthesis of UiO-66(Hf)-type MOFs. Among these MOFs, UiO-66(Hf)-(OH)2 possesses a very high CO2 gravimetric uptake of 1.81 mmol g(-1) at 0.15 bar and 298 K, which is 400% higher than that of UiO-66(Hf) (0.36 mmol g(-1)). It also exhibits a record-high volumetric CO2 uptake of 167 v/v at 1 bar and 298 K. Ideal adsorbed solution theory calculations showed a CO2/N2 (molar ratio 15:85) selectivity of 93 and CO2/H2 (molar ratio 30:70) selectivity above 1700. Breakthrough simulations also confirmed its optimal CO2 separation attribute. Our results have demonstrated for the first time the strong potential of Hf-MOFs for advanced adsorbents for high-performance CO2-related separations.
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