Nanoporous Fluorinated Covalent Organic Framework for Efficient C2H2/CO2 Separation with High C2H2 Uptake

纳米孔 选择性 吸附 共价键 化学 分子 气体分离 热稳定性 氢键 表面改性 化学稳定性 化学工程 化学键 有机化学 物理化学 催化作用 工程类 生物化学
作者
Siyuan Liu,Chengcheng Hao,Chao Meng,Sen Liu,Wanru Zhai,Qingqing Zhu,Wenchuan Li,Shuxian Wei,Zhaojie Wang,Xiaoqing Lu
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (13): 12124-12131 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsanm.3c01863
摘要

Effective C2H2/CO2 separation is regarded as a crucial procedure in the C2H2 industry yet extremely challenging because of their similar physical and chemical properties. Covalent organic frameworks (COFs) have become a promising platform for gas adsorption separation, but they still suffer from unsatisfactory C2H2 adsorption capacity and selectivity. Herein, we report a nanoporous fluorine-functioned COF (TpPa-F) for C2H2/CO2 separation, which was synthesized by a mechanochemical approach with a F-containing precursor (2-fluoro-1,4-benzenediamine). A superior C2H2 adsorption capacity of 117 cm3/g (4.78 mmol/g) and a C2H2/CO2 selectivity of 3.3 at 298 K and 1 bar were achieved, which surpass most of the reported COF adsorbents in the literature. Notably, TpPa-F exhibited an extraordinary thermal stability of up to around 673 K and showed chemical robustness in organic or acidic/basic solutions. Theoretical calculations reveal the hydrogen bond interaction of C≡C–H···F, which contributes to the high C2H2 uptake and separation selectivity. This work provides a promising strategy of fluorine functionalization for enhancing the ability to recognize and separate small gas molecules in a large channel.
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