Pore Modulation of Hydrogen‐Bonded Organic Frameworks for Efficient Separation of Propylene

材料科学 氢气储存 分子 氢键 化学工程 纳米技术 化学 有机化学 工程类
作者
Youlie Cai,Junkuo Gao,Jing‐Hong Li,Puxu Liu,Yanchun Zheng,Wei Zhou,Hui Wu,Libo Li,Rui‐Biao Lin,Banglin Chen
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (37) 被引量:50
标识
DOI:10.1002/anie.202308579
摘要

Developing hydrogen-bonded organic frameworks (HOFs) that combine functional sites, size control, and storage capability for targeting gas molecule capture is a novel and challenging venture. However, there is a lack of effective strategies to tune the hydrogen-bonded network to achieve high-performance HOFs. Here, a series of HOFs termed as HOF-ZSTU-M (M=1, 2, and 3) with different pore structures are obtained by introducing structure-directing agents (SDAs) into the hydrogen-bonding network of tetrakis (4-carboxyphenyl) porphyrin (TCPP). These HOFs have distinct space configurations with pore channels ranging from discrete to continuous multi-dimensional. Single-crystal X-ray diffraction (SCXRD) analysis reveals a rare diversity of hydrogen-bonding models dominated by SDAs. HOF-ZSTU-2, which forms a strong layered hydrogen-bonding network with ammonium (NH4+ ) through multiple carboxyl groups, has a suitable 1D "pearl-chain" channel for the selective capture of propylene (C3 H6 ). At 298 K and 1 bar, the C3 H6 storage density of HOF-ZSTU-2 reaches 0.6 kg L-1 , representing one of the best C3 H6 storage materials, while offering a propylene/propane (C3 H6 /C3 H8 ) selectivity of 12.2. Theoretical calculations and in situ SCXRD provide a detailed analysis of the binding strength of C3 H6 at different locations in the pearl-chain channel. Dynamic breakthrough tests confirm that HOF-ZSTU-2 can effectively separate C3 H6 from multi-mixtures.
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