Adsorption of Sulfur Dioxide in Cu(II)-Carboxylate Framework Materials: The Role of Ligand Functionalization and Open Metal Sites

化学 羧酸盐 吸附 表面改性 配体(生物化学) 二氧化硫 金属 无机化学 硫黄 物理化学 有机化学 生物化学 受体
作者
Weiyao Li,Jiangnan Li,Thien D. Duong,Sergei Sapchenko,Xue Han,Jack D. Humby,George F. S. Whitehead,Iñigo J. Victórica-Yrezábal,Iván da Silva,Pascal Manuel,Mark D. Frogley,Gianfelice Cinque,Martin Schröder,Sihai Yang⧫
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (29): 13196-13204 被引量:18
标识
DOI:10.1021/jacs.2c03280
摘要

The development of efficient sorbent materials for sulfur dioxide (SO2) is of key industrial interest. However, due to the corrosive nature of SO2, conventional porous materials often exhibit poor reversibility and limited uptake toward SO2 sorption. Here, we report high adsorption of SO2 in a series of Cu(II)-carboxylate-based metal-organic framework materials. We describe the impact of ligand functionalization and open metal sites on the uptake and reversibility of SO2 adsorption. Specifically, MFM-101 and MFM-190(F) show fully reversible SO2 adsorption with remarkable capacities of 18.7 and 18.3 mmol g-1, respectively, at 298 K and 1 bar; the former represents the highest reversible uptake of SO2 under ambient conditions among all porous solids reported to date. In situ neutron powder diffraction and synchrotron infrared microspectroscopy enable the direct visualization of binding domains of adsorbed SO2 molecules as well as host-guest binding dynamics. We have found that the combination of open Cu(II) sites and ligand functionalization, together with the size and geometry of metal-ligand cages, plays an integral role in the enhancement of SO2 binding.
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