Efficient separation of xylene isomers by a guest-responsive metal–organic framework with rotational anionic sites

二甲苯 选择性 结构异构体 化学 对二甲苯 分子 结晶学 洗脱 材料科学 立体化学 有机化学 甲苯 色谱法 催化作用
作者
Xili Cui,Zheng Niu,Chuan Shan,Lifeng Yang,Jianbo Hu,Qingju Wang,Pui Ching Lan,Yijian Li,Łukasz Wojtas,Shengqian Ma,Huabin Xing
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:11 (1): 5456-5456 被引量:147
标识
DOI:10.1038/s41467-020-19209-7
摘要

Abstract The separation of xylene isomers ( para -, meta -, orth -) remains a great challenge in the petrochemical industry due to their similar molecular structure and physical properties. Porous materials with sensitive nanospace and selective binding sites for discriminating the subtle structural difference of isomers are urgently needed. Here, we demonstrate the adaptively molecular discrimination of xylene isomers by employing a NbOF 5 2− -pillared metal–organic framework (NbOFFIVE-bpy-Ni, also referred to as ZU-61) with rotational anionic sites. Single crystal X-ray diffraction studies indicate that ZU-61 with guest-responsive nanospace/sites can adapt the shape of specific isomers through geometric deformation and/or the rotation of fluorine atoms in anionic sites, thereby enabling ZU-61 to effectively differentiate xylene isomers through multiple C–H···F interactions. ZU-61 exhibited both high meta -xylene uptake capacity (3.4 mmol g −1 ) and meta -xylene/ para -xylene separation selectivity (2.9, obtained from breakthrough curves), as well as a favorable separation sequence as confirmed by breakthrough experiments: para -xylene elute first with high-purity (≥99.9%), then meta -xylene, and orth -xylene. Such a remarkable performance of ZU-61 can be attributed to the type anionic binding sites together with its guest-response properties.
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