Isolated π-Interaction Sites in Mesoporous MOF Backbone for Repetitive and Reversible Dynamics in Water

材料科学 介孔材料 分子动力学 纳米技术 动力学(音乐) 化学物理 化学工程 计算化学 催化作用 有机化学 化学 声学 物理 工程类
作者
Xiaohui Xu,Shenhui Li,Qi Liu,Zhiyu Liu,Wei Yan,Ligong Zhao,Wenhao Zhang,Liang Zhang,Feng Deng,Hengjiang Cong,Hexiang Deng
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:11 (1): 973-981 被引量:30
标识
DOI:10.1021/acsami.8b19211
摘要

We report the introduction of π-interaction sites into a series of chemically robust metal-organic frameworks (MOFs), MOF-526, -527, and -528, with progressively increased pore size, 1.9-3.7 nm, and the inclusion and release of large organic molecules in water. The mesopores in these MOFs lead to fast adsorption kinetics, whereas the π-interaction between isolated porphyrin units in the MOF backbone and polycyclic structure of the organic guests provides excellent reversibility. Specifically, seven large organic dyes were quantitatively captured by the porphyrin units of these MOFs in a 2:1 molar ratio, exhibiting unprecedented kinetics for MOFs [e.g., 4.54 × 105 L/mol for rhodamine B] at an extremely low concentration (10 ppm) in water. Rotational-echo double-resonance NMR experiments revealed that the distance between the guest molecules and porphyrin units in MOFs was in the range from 3.24 to 3.37 Å, confirming the specific π-interaction. Repetitive and reversible dynamics was achieved in these MOFs for 10 complete inclusion-release cycles without any decay in performance, which is ideally suited for the removal and recycle of large polycyclic organic molecules from water. The performance of MOF-526 rivals that of state-of-the-art carbon and polymers.

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