Impact of Pore Flexibility in Imine-Linked Covalent Organic Frameworks on Benzene and Cyclohexane Adsorption

材料科学 环己烷 亚胺 共价有机骨架 吸附 共价键 灵活性(工程) 化学工程 金属有机骨架 有机化学
作者
Marco Moroni,Esther Roldán-Molina,Rebecca Vismara,Simona Galli,Jorge A. R. Navarro
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (36): 40890-40901 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsami.2c09911
摘要

This work focuses on the impact of covalent organic frameworks' (COFs) pore flexibility in the adsorption and separation of benzene and cyclohexane. With this aim, we have selected the imine-linked 3D COFs COF-300 and LZU-111 as examples of flexible and rigid frameworks, respectively. Optimized syntheses at room temperature or in solvothermal conditions enabled us to selectively isolate the narrow-pore form of COF-300 (COF-300-rt) or a mixture of the narrow-pore and a larger-pore form (COF-300-st), respectively, with different textural properties (BET specific surface area = 39 or 1270 m2/g, respectively, from N2 adsorption at 77 K). In the case of LZU-111, only the room temperature route was successful, leading to the known microporous framework. COF-300-rt, COF-300-st, and LZU-111 were studied for benzene and cyclohexane adsorption and separation in static and dynamic conditions. At 298 K and 1 bar, these COFs adsorb more benzene (251, 221, and 214 cm3/g STP, respectively) than cyclohexane (175, 133, and 164 cm3/g STP, respectively). Moreover, the benzene and cyclohexane isotherms of COF-300-rt and COF-300-st are characterized by steps, as expected with a flexible material. Indeed, in situ powder X-ray diffraction experiments on benzene- and cyclohexane-impregnated batches enabled us to trap, for the first time, a sequence of forms of COF-300 with different pore aperture, rationalizing the stepped hysteretic isotherms. Finally, benzene/cyclohexane separation was evaluated using a benzene/cyclohexane 50:50 v/v flow at different temperatures (T = 298, 323, and 348 K): LZU-111 does not selectively retain any of the two components, while COF-300 exhibits stronger benzene-COF interactions also in dynamic conditions.
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