Graphene Nanoribbon Hybridization of Zeolitic Imidazolate Framework Membranes for Intrinsic Molecular Separation

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作者
Eunji Choi,Ji Il Choi,Yong‐Jae Kim,Yeong Jae Kim,Kiwon Eum,Yunkyu Choi,Ohchan Kwon,Minsu Kim,Wooyoung Choi,Hyungjoon Ji,Seung Soon Jang,Dae Woo Kim
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:61 (49) 被引量:19
标识
DOI:10.1002/anie.202214269
摘要

Zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs) are promising for gas separation membrane, but their molecular cut-off differs from that expected from its intrinsic aperture structure because of their flexibility. Herein, we introduced graphene nanoribbons (GNRs) to rigidify the ZIF framework. Because the sp2 edge of the GNRs induces strong anchoring effects, the modified layer can be rigidified. Particularly, when the GNRs were embedded and distributed in the ZIF-8 layer, an intrinsic aperture size of 3.4 Å was observed, resulting in high H2 /CO2 separation (H2 permeance: 5.2×10-6 mol/m2 Pa s, ideal selectivity: 142). The performance surpasses the upper bound of polycrystalline MOF membrane performance. In addition, the membrane can be applied to blue H2 production, as demonstrated with a simulated steam reformed gas containing H2 /CO2 /CH4 . The separation performance was retained in the presence of water. The fundamentals of the molecular transport through the rigid ZIF-8 framework were revealed using molecular dynamics simulations.
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