Solution processable metal–organic frameworks for mixed matrix membranes using porous liquids

材料科学 沸石咪唑盐骨架 表面改性 多孔性 金属有机骨架 聚合物 膜 化学工程 气体分离 纳米颗粒 吸附 纳米技术 有机化学 复合材料 化学 工程类 生物化学
作者
Alexander Knebel,Anastasiya Bavykina,Shuvo Jit Datta,Lion Sundermann,Luis Garzón‐Tovar,Yury Lebedev,Sara Durini,Rafia Ahmad,Sergey M. Kozlov,Genrikh Shterk,Madhavan Karunakaran,Ionela‐Daniela Carja,Dino Šimić,Irina Weilert,Manfred Klüppel,Ulrich Giese,Luigi Cavallo,Magnus Rueping,Mohamed Eddaoudi,Jürgen Caro
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:19 (12): 1346-1353 被引量:310
标识
DOI:10.1038/s41563-020-0764-y
摘要

The combination of well-defined molecular cavities and chemical functionality makes crystalline porous solids attractive for a great number of technological applications, from catalysis to gas separation. However, in contrast to other widely applied synthetic solids such as polymers, the lack of processability of crystalline extended solids hampers their application. In this work, we demonstrate that metal–organic frameworks, a type of highly crystalline porous solid, can be made solution processable via outer surface functionalization using N-heterocyclic carbene ligands. Selective outer surface functionalization of relatively large nanoparticles (250 nm) of the well-known zeolitic imidazolate framework ZIF-67 allows for the stabilization of processable dispersions exhibiting permanent porosity. The resulting type III porous liquids can either be directly deployed as liquid adsorbents or be co-processed with state-of-the-art polymers to yield highly loaded mixed matrix membranes with excellent mechanical properties and an outstanding performance in the challenging separation of propylene from propane. We anticipate that this approach can be extended to other metal–organic frameworks and other applications. Solution processability is required for many industrial processes, but metal–organic frameworks are in general not dispersible, hindering their application. Here, a surface modification is reported that allows porous liquid formation and so synthesis of highly loaded and mechanically robust mixed matrix membranes.
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