Precise modulation of MOF pore structures via functional group dimensions and spatial configuration for membrane separation

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作者
Weijian Sun,Kaicheng Yang,Yifan Zhao,Liping Sun,Qingchi Xu,Jian Weng,Jun Xu
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:12 (8): eadz7972-eadz7972 被引量:2
标识
DOI:10.1126/sciadv.adz7972
摘要

Traditional petroleum distillation faces high energy demands, necessitating innovative alternatives like membrane separation. This study presents a breakthrough in dual-range and precise pore size modulation of metal-organic frameworks (MOFs) through a ligand functionalization strategy. By tailoring steric configurations and spatial orientations of light-responsive azobenzene groups, we achieved broad-range pore tuning (0.41 to 0.68 nanometers) via functional group length variation, coupled with subnanometer precision through reversible trans-to-cis photoisomerization. Four representative branched alkanes were selected to validate the MOF’s high selectivity. Results showed its capacity to generate a constant carbon-atom-count–dependent permeation gradient, realizing a four-step sequential separation that increased C 6 H 14 purity from 25 to 92.2%. This synergistic approach uniquely combines large-scale pore adjustment with dynamic fine-tuning, decoupling separation efficiency from energy-intensive processes. The membranes’ structural stability and reversible light responsiveness further highlight their potential for sustainable hydrocarbon processing. By integrating molecular design with stimuli-responsive control, this work advances MOF-based membranes as a transformative solution for energy-efficient petroleum fractionation and precise molecular sieving.
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