An Adaptive Metal–Organic Framework Discriminates Xylene Isomers by Shape‐Responsive Deformation

材料科学 二甲苯 分子 吸附 选择性 变形(气象学) 衍射 邻二甲苯 灵活性(工程) 金属有机骨架 化学物理 化学工程 物理化学 有机化学 复合材料 化学 光学 甲苯 物理 统计 数学 工程类 催化作用
作者
Jiaqi Li,Bin Sheng,Rundao Chen,Hui Wu,Wei Zhou,Fang Zheng,Baojian Liu,Qiwei Yang,Zhiguo Zhang,Yiwen Yang,Qilong Ren,Zongbi Bao
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (5): e2413506-e2413506 被引量:11
标识
DOI:10.1002/adma.202413506
摘要

The separation of xylene isomers, especially para-xylene, is a crucial but challenging process in the chemical industry due to their similar molecular dimensions. Here, a flexible metal-organic framework, Ni(ina)2, (ina = isonicotinic acid) is employed to effectively discriminate xylene isomers. The adsorbent with adaptive deformation accommodates the shapes of isomer molecules, thereby translating their subtle shape differences into characteristic framework deformation energies. Through a combination of multiple local flexibility behaviors, Ni(ina)2 exhibits guest-specific structural transformations that energetically favor para-xylene over other isomers. Single-crystal X-ray diffraction, in situ powder X-ray diffraction, and theoretical investigations validate this "adaptive fitting" mechanism, where the degree of structural deformation scales with the mismatch between the molecular shape and pore geometry. As a result, Ni(ina)2 achieves exceptional para-xylene selectivity in both liquid and vapor phase separations, maintaining a high para-xylene purity and productivity. This work demonstrates a novel strategy of exploiting framework flexibility to address challenging molecular separations and provides fresh insights into the design of selective adsorbents.
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