Rational Design of Smart Metal–Organic Frameworks for Light-Modulated Gas Transport

材料科学 金属有机骨架 合理设计 吸附 纳米技术 金属 化学工程 有机化学 冶金 化学 工程类
作者
Pingying Liu,Ziqi Tian,Liang Chen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (28): 32009-32017 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsami.2c07124
摘要

Smart metal-organic frameworks (MOFs) are constructed by introducing stimuli-responsive functional groups into MOF platforms. Through membrane systems containing smart MOFs, external field-modulated gas transport can be achieved, which finds potential applications in chemical engineering. In this work, we design a series of Mg-MOF-74-III-based frameworks functionalized by arylazopyrazole groups. Methyleneamine chains with various lengths are attached to the photoresponsive azopyrazole moiety. Molecular dynamics simulations show that CO2 diffusion can be remarkably changed by controlling the cis-to-trans isomerization of the functional unit due to the tunable adsorbate-adsorbent and adsorbate-adsorbate interactions of the two states. With the optimal length of the functional chain, the spatial hindrance and adsorbate-adsorbent interaction exhibit a synergetic effect to maximize the stimuli-responsive kinetic separation of N2 over CO2. This work provides a promising strategy for elevating smart MOFs' potential in gas separation.

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