Direct Evidence of CO2 Capture under Low Partial Pressure on a Pillared Metal–Organic Framework with Improved Stabilization through Intramolecular Hydrogen Bonding

分子内力 化学 氢键 分压 金属有机骨架 金属 材料科学 分子 化学工程 无机化学 物理化学 冶金 有机化学 氧气 吸附 工程类
作者
Zizhu Yao,Yuan Chen,Lizhen Liu,Xiaonan Wu,Shunshun Xiong,Zhangjing Zhang,Shengchang Xiang
出处
期刊:Collection of Czechoslovak Chemical Communications [Wiley]
卷期号:81 (8): 850-856 被引量:29
标识
DOI:10.1002/cplu.201600156
摘要

Direct structural observation of CO2 -loaded MOFs is helpful for revealing the specific binding interactions to allow the design of better CO2 sorbents, but such direct structural evidence is almost always observed for pure-component CO2 under a pressure of 1 atm or more, which does not really represent practical CO2 capture and separation under low partial pressure (≤1 atm) in the presence of other gases. Herein, a series of isoreticular MOFs [Zn(Trz)(R-BDC)1/2 ] (FJU-40-R, R=H, NH2 , Br, or OH) are synthesized. Among them, FJU-40-NH2 exhibits the highest robustness, and good heat and water resistance, attributed to its intramolecular hydrogen-bonding interactions. A CO2 /N2 (15:85, v/v) mixture can be separated efficiently through a column packed bed of FJU-40-NH2 solid. The structures of CO2 -loaded FJU-40-NH2 at 1 atm under various atmosphere conditions, including pure CO2 , CO2 /N2 (15:85, v/v), and air, are observed, and it is found that: 1) the mechanism for CO2 loading into the cages depends on the CO2 partial pressure; 2) FJU-40-NH2 can capture CO2 directly from air, and CO2 will have priority to occupy hydrophobic cage-I, whereas hydrophilic cage-II containing the amino group is occupied by H2 O molecules; 3) the triazolate C-H groups, rather than the amino groups in past observations in dry ice, act as predominant functional sites here under low CO2 partial pressure.
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