Fine pore engineering in a series of isoreticular metal-organic frameworks for efficient C2H2/CO2 separation

选择性 乙炔 金属有机骨架 色散(光学) 分子 材料科学 密闭空间 化学工程 吸附 纳米技术 化学 化学物理 物理化学 有机化学 物理 催化作用 光学 工程类
作者
Jun Wang,Yan Zhang,Yun Su,Xing Liu,Peixin Zhang,Rui‐Biao Lin,Shixia Chen,Qiang Deng,Zheling Zeng,Shuguang Deng,Banglin Chen
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:235
标识
DOI:10.1038/s41467-021-27929-7
摘要

The separation of C2H2/CO2 is not only industrially important for acetylene purification but also scientifically challenging owing to their high similarities in physical properties and molecular sizes. Ultramicroporous metal-organic frameworks (MOFs) can exhibit a pore confinement effect to differentiate gas molecules of similar size. Herein, we report the fine-tuning of pore sizes in sub-nanometer scale on a series of isoreticular MOFs that can realize highly efficient C2H2/CO2 separation. The subtle structural differences lead to remarkable adsorption performances enhancement. Among four MOF analogs, by integrating appropriate pore size and specific binding sites, [Cu(dps)2(SiF6)] (SIFSIX-dps-Cu, SIFSIX = SiF62-, dps = 4.4'-dipyridylsulfide, also termed as NCU-100) exhibits the highest C2H2 uptake capacity and C2H2/CO2 selectivity. At room temperature, the pore space of SIFSIX-dps-Cu significantly inhibits CO2 molecules but takes up a large amount of C2H2 (4.57 mmol g-1), resulting in a high IAST selectivity of 1787 for C2H2/CO2 separation. The multiple host-guest interactions for C2H2 in both inter- and intralayer cavities are further revealed by dispersion-corrected density functional theory and grand canonical Monte Carlo simulations. Dynamic breakthrough experiments show a clean C2H2/CO2 separation with a high C2H2 working capacity of 2.48 mmol g-1.
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