Benchmark C2H2/CO2Separation in an Ultra‐Microporous Metal–Organic Framework via Copper(I)‐Alkynyl Chemistry

微型多孔材料 选择性 化学 乙炔 金属有机骨架 气体分离 吸附 分子 金属 催化作用 无机化学 物理化学 有机化学 生物化学
作者
Ling Zhang,Ke Jiang,Lifeng Yang,Libo Li,Enlai Hu,Ling Yang,Kai Shao,Huabin Xing,Yuanjing Cui,Yu Yang,Bin Li,Banglin Chen,Guodong Qian
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:60 (29): 15995-16002 被引量:183
标识
DOI:10.1002/anie.202102810
摘要

Abstract Separation of acetylene from carbon dioxide remains a daunting challenge because of their very similar molecular sizes and physical properties. We herein report the first example of using copper(I)‐alkynyl chemistry within an ultra‐microporous MOF (Cu I @UiO‐66‐(COOH) 2 ) to achieve ultrahigh C 2 H 2 /CO 2 separation selectivity. The anchored Cu I ions on the pore surfaces can specifically and strongly interact with C 2 H 2 molecule through copper(I)‐alkynyl π‐complexation and thus rapidly adsorb large amount of C 2 H 2 at low‐pressure region, while effectively reduce CO 2 uptake due to the small pore sizes. This material thus exhibits the record high C 2 H 2 /CO 2 selectivity of 185 at ambient conditions, significantly higher than the previous benchmark ZJU‐74a (36.5) and ATC‐Cu (53.6). Theoretical calculations reveal that the unique π‐complexation between Cu I and C 2 H 2 mainly contributes to the ultra‐strong C 2 H 2 binding affinity and record selectivity. The exceptional separation performance was evidenced by breakthrough experiments for C 2 H 2 /CO 2 gas mixtures. This work suggests a new perspective to functionalizing MOFs with copper(I)‐alkynyl chemistry for highly selective separation of C 2 H 2 over CO 2 .
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