Efficient and selective capture of xenon over krypton by a window-cage metal–organic framework with parallel aromatic rings

氙气 选择性 吸附 吸附 微型多孔材料 化学 金属有机骨架 范德瓦尔斯力 沸石 芳香性 惰性气体 物理化学 分子 有机化学 催化作用
作者
Guodong Li,Guoxun Ji,Xia Wang,Wei Liu,Duo Zhang,Lanhua Chen,Linwei He,Suzhuocheng Liang,Xihai Li,Fuyin Ma,Shuao Wang
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier BV]
卷期号:295: 121281-121281 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2022.121281
摘要

Efficient capture and separation of xenon (Xe) and krypton (Kr) from nuclear fuel reprocessing plants is of great significance for the control of discharge of gaseous radioisotopes into the environment. However, due to the similar size and chemically inert spherical properties of Xe/Kr, the discovery of an adsorbent with both high adsorption capacity and high selectivity remains a challenge. Here, we report a microporous MOF (Ni-MOF, [Ni2IINiIII(μ3-OH)(bdc)3(tpt)]·guest) featuring two different cavities with an appropriate triangular hole window size. One is composed of parallel aromatic rings with spacings of approximately 4.3 Å comparable to the kinetic diameter of Xe (4.047 Å), affording excellent binding affinity for Xe while the larger one with narrow pore window provides sufficient space for gas adsorption. The Ni-MOF material exhibits an exceptionally high Xe uptake of 5.43 mmol/g and Xe/Kr selectivity of 7.66 at 298 K and 1 bar. The adsorption capacity is the highest among all MOFs without open-metal-sites. Furthermore, the sorption selectivity of Xe over Kr within Ni-MOF originates from a special sandwiched π-Xe-π interaction revealed by Van der Waals interaction calculations.
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