Guest Cation Functionalized Metal Organic Framework for Highly Efficient C2H2/CO2 Separation

吸附 分子 金属有机骨架 表面改性 选择性 乙炔 金属 气体分离 离子交换 化学 材料科学 化学工程 物理化学 无机化学 离子 有机化学 催化作用 工程类 生物化学
作者
Chen‐Ning Li,Lin Liu,Shuo Liu,Daqiang Yuan,Qiang Zhang,Zheng‐Bo Han
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202405561
摘要

Abstract The removal of carbon dioxide (CO 2 ) from acetylene (C 2 H 2 ) production is critical yet difficult due to their similar physicochemical properties. Despite extensive research has been conducted on metal‐organic frameworks (MOFs) for C 2 H 2 /CO 2 separation, approaches to designing functionalized MOFs remain limited. Enhancing gas adsorption through simple pore modification holds great promise in molecular recognition and industrial separation processes. This study proposes a guest cation functionalization strategy using the anionic framework SU‐102 as the prototype material. Specifically, the guest cation Li + is introduced into the skeleton by ion exchange to obtain SU‐102‐Li + . This strategy generates strong interactions between Li + and gas molecules, thereby elevating C 2 H 2 uptake to 49.18 cm 3 g −1 and CO 2 uptake to 29.88 cm 3 g −1 , marking 20.3% and 36.9% improvements over the parent material, respectively. In addition, ideal adsorbed solution theory selectivity calculations and dynamic breakthrough experiments confirmed the superior and stable separation performance of SU‐102‐Li + for C 2 H 2 /CO 2 (25 min g −1 ) and C 2 H 2 productivity (1.55 mmol g −1 ). Theoretical calculations further reveals the unique molecular recognition mechanism between gas molecules and guest cations.
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