Tuning the Molecular and Cationic Affinity in a Series of Multifunctional Metal–Organic Frameworks Based on Dodecanuclear Zn(II) Carboxylate Wheels

化学 阳离子聚合 系列(地层学) 吸附 金属 金属有机骨架 羧酸盐 组合化学 有机化学 高分子化学 立体化学 生物 古生物学
作者
Anna A. Lysova,Denis G. Samsonenko⧫,Павел В. Дороватовский,Vladimir A. Lazarenko,Victor N. Khrustalev,Konstantin A. Kovalenko,Danil N. Dybtsev,Vladimir P. Fedin
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:141 (43): 17260-17269 被引量:99
标识
DOI:10.1021/jacs.9b08322
摘要

A series of new zinc(II)–thiophene-2,5-dicarboxylate (tdc) MOFs based on novel dodecanuclear wheel-shaped building blocks has been synthesized in almost quantative yields. Single-crystal X-ray diffraction analyses reveal 3D porous frameworks with a complex composition [Zn12(tdc)6(glycolate)6(dabco)3] where glycolate is a deprotonated polyatomic alcohol (ethylene glycol, EgO2, 1; 1,2-propanediol, PrO2, 2; 1,2-butanediol, BuO2, 3; 1,2-pentanediol, PeO2, 4; glycerol, GlO2, 5) and dabco is 1,4-diazo[2.2.2.]bicyclooctane. All compounds 1–5 are isostructural except for pendant groups of the diols decorating the surface of channels. The adsorption of small gases (N2, CO2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6) and larger hydrocarbons (benzene, cyclohexane) both in liquid and vapor phases was thoroughly investigated for all compounds. The zero-coverage adsorption enthalpies, Henry constants, and selectivity factors by various models are calculated and discussed. The versatile adsorption functionality of the title series results from the variable nature of the diol and could be tailored for a specific adsorbate system. For example, 1 shows excellent selectivity of benzene over cyclohexane (20:1 for vapors, 92:1 for liquid phase), while 4 demonstrates unprecedented adsorption preference of cyclohexane over benzene (selectivity up to 5:1). The compound 5 demonstrates great adsorption selectivity for CO2/N2 (up to 75.1), CO2/CH4 (up to 7.7), C2H2/CH4 (up to 14.2), and C2H4/CH4 (up to 9.4). Also, due to polar nature of the pores, 5 features size-selective sorption of alkaline metal cations in order Li+ > Na+ > K+ > Cs+ as well as a notable luminescent response for cesium(I) ions and urea.
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