Angew： MOF基超强乙炔纳米阱用于高效分离C2H2/CO2

Nanoyu

2021-01-06

在过去的几十年中，具有开放金属位点的多孔材料被广泛研究用于分离各种气体混合物。然而，与多个结合位点相比，目前的开放金属位点在分离物理特性非常相似的C₂H₂/CO₂等具有挑战性的混合气体方面表现出一定的局限性。

近日，美国北得克萨斯州大学马胜前教授，苏州大学Zheng Niu报道了一种基于多重结合作用的新型超强C₂H₂“纳米陷阱”，以有效捕获C₂H₂分子并分离C₂H₂/CO₂混合物。

文章要点

1）研究人员采用H₂ATC（1，3，5，7-金刚烷四羧酸）配体与硝酸铜的水热反应合成了ATC-Cu（Cu₂(ATC)）。结构表征显示，ATC-Cu中四个Cu-桨轮次级构筑单元（SBU）通过ATC配基连接在一起，构成一个4，4坐标的网络。沿b轴和c轴可以观察到由相对相邻的Cu-桨轮和4.43×5.39 Å （减去范德华半径后）的脂肪族烃腔形成的矩形通道。当减去范德华半径后，相邻Cu-桨轮之间的Cu-Cu距离仅为4.43 Å，从而在该区域内提供了相当大的双势配位相互作用，有望为乙炔产生一个强大的结合位点。此外，ATC-Cu中的脂肪族碳氢化合物空腔具有12个向内的氢原子，这些氢原子之间的平均距离较短（3.5 Å），空腔的中心为C₂H₂提供了另一个潜在的吸附位点。

2）实验结果显示，ATC-Cu基超强乙炔纳米陷阱对C₂H₂的基准Q_st为79.1kJ mol^-1，在1×10^-2 bar处的纯C₂H₂吸附量达到创纪录的2.54 mmol g^-1，具有最高的C₂H₂/CO₂的选择性（53.6），因而成为捕获C₂H₂和分离C₂H₂/CO₂的新基准材料。

3）研究人员利用原位单晶X射线衍射，揭示了C₂H₂分子在MOF基纳米陷阱中的位置，并确定了与C₂H₂强相互作用的多个结合位点。

该研究工作不仅提供了一种创纪录的C₂H₂吸附剂，而且提出了一种基于协同效应构建高效分离材料的新途径。

参考文献

Zheng Niu, et al, A MOF-based Ultra-Strong Acetylene Nano-trap for Highly Efficient C₂H₂/CO₂ Separation, Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202016225

https://doi.org/10.1002/anie.202016225