1D-2D-3D Transformation Synthesis of Hierarchical Metal–Organic Framework Adsorbent for Multicomponent Alkane Separation

化学 微型多孔材料 吸附 金属有机骨架 烷烃 分子 选择性吸附 相(物质) 化学物理 分子筛 热力学 化学工程 物理化学 有机化学 碳氢化合物 物理 工程类
作者
Lik Hong Wee,Maria Meledina,Stuart Turner,Gustaaf Van Tendeloo,Kang Zhang,L. Marleny Rodríguez‐Albelo,Alessio Masala,Silvia Bordiga,Jianwen Jiang,Jorge A. R. Navarro,Christine Kirschhock,Johan A. Martens
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:139 (2): 819-828 被引量:60
标识
DOI:10.1021/jacs.6b10768
摘要

A new hierarchical MOF consisting of Cu(II) centers connected by benzene-tricarboxylates (BTC) is prepared by thermoinduced solid transformation of a dense CuBTC precursor phase. The mechanism of the material formation has been thoroughly elucidated and revealed a transformation of a ribbon-like 1D building unit into 2D layers and finally a 3D network. The new phase contains excess copper, charge compensated by systematic hydroxyl groups, which leads to an open microporous framework with tunable permanent mesoporosity. The new phase is particularly attractive for molecular separation. Energy consumption of adsorptive separation processes can be lowered by using adsorbents that discriminate molecules based on adsorption entropy rather than enthalpy differences. In separation of a 11-component mixture of C1–C6 alkanes, the hierarchical phase outperforms the structurally related microporous HKUST-1 as well as silicate-based hierarchical materials. Grand canonical Monte Carlo (GCMC) simulation provides microscopic insight into the structural host–guest interaction, confirming low adsorption enthalpies and significant entropic contributions to the molecular separation. The unique three-dimensional hierarchical structure as well as the systematic presence of Cu(II) unsaturated coordination sites cause this exceptional behavior.
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