Hydrogen bond unlocking-driven pore structure control for shifting multi-component gas separation function

吸附 多孔性 扩散 三元运算 晶体结构 氢键 结晶学 气体分离 材料科学 化学工程 化学 分子 物理化学 计算机科学 物理 热力学 有机化学 生物化学 工程类 程序设计语言
作者
Rong Yang,Yu Wang,Jianwei Cao,Zi‐Ming Ye,Tony Pham,Katherine A. Forrest,Rajamani Krishna,Hongwei Chen,Libo Li,Bo‐Kai Ling,Tao Zhang,Tong Gao,Xue Jiang,Xiang-Ou Xu,Qian-Hao Ye,Kai‐Jie Chen
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1) 被引量:13
标识
DOI:10.1038/s41467-024-45081-w
摘要

Abstract Purification of ethylene (C 2 H 4 ) as the most extensive and output chemical, from complex multi-components is of great significance but highly challenging. Herein we demonstrate that precise pore structure tuning by controlling the network hydrogen bonds in two highly-related porous coordination networks can shift the efficient C 2 H 4 separation function from C 2 H 2 /C 2 H 4 /C 2 H 6 ternary mixture to CO 2 /C 2 H 2 /C 2 H 4 /C 2 H 6 quaternary mixture system. Single-crystal X-ray diffraction revealed that the different amino groups on the triazolate ligands resulted in the change of the hydrogen bonding in the host network, which led to changes in the pore shape and pore chemistry. Gas adsorption isotherms, adsorption kinetics and gas-loaded crystal structure analysis indicated that the coordination network Zn-fa-atz (2) weakened the affinity for three C2 hydrocarbons synchronously including C 2 H 4 but enhanced the CO 2 adsorption due to the optimized CO 2 -host interaction and the faster CO 2 diffusion, leading to effective C 2 H 4 production from the CO 2 /C 2 H 2 /C 2 H 4 /C 2 H 6 mixture in one step based on the experimental and simulated breakthrough data. Moreover, it can be shaped into spherical pellets with maintained porosity and separation performance.
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