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Rational Pore Design of a Cage-like Metal–Organic Framework for Efficient C2H2/CO2 Separation
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2022-11-10 , DOI: 10.1021/acsami.2c17196 Hengbo Li 1, 2 , Cheng Chen 1 , Zhengyi Di 1 , Yuanzheng Liu 1 , Zhenyu Ji 1, 2 , Shuixiang Zou 1 , Mingyan Wu 1 , Maochun Hong 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2022-11-10 , DOI: 10.1021/acsami.2c17196 Hengbo Li 1, 2 , Cheng Chen 1 , Zhengyi Di 1 , Yuanzheng Liu 1 , Zhenyu Ji 1, 2 , Shuixiang Zou 1 , Mingyan Wu 1 , Maochun Hong 1
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Considering the importance of C2H2 in industry, it is of great significance to develop porous materials for efficient C2H2/CO2 separation. Besides the high selectivity, the C2H2 adsorption capacity is another vital factor in C2H2/CO2 separation. However, the “trade-off” between these two factors is still perplexing. Rational pore design of metal–organic frameworks (MOFs) has been proven to be an effective way to solve the above problem. In this work, we have appropriately combined three kinds of strategies in the design of the MOF (FJI-H33), i.e., the introduction of open metal sites, construction of cage-like cavities, and adjustment of moderate pore size. As anticipated, FJI-H33 exhibits both outstanding C2H2 adsorption capacity and high C2H2/CO2 selectivity. At 298 K and 100 kPa, the C2H2 storage capacity of FJI-H33 is 154 cm3/g, while the CO2 uptake is only 80 cm3/g. The ideal adsorbed solution theory (IAST) selectivity of C2H2/CO2 (50:50) is calculated as high as 15.5 at 298 K. More importantly, the excellent practical separation performance was verified by breakthrough experiments. In addition, the calculation of adsorption sites and relevant energy by density functional theory (DFT) provides a good explanation for the excellent separation performance and pore design strategy.
中文翻译：
用于高效 C2H2/CO2 分离的笼状金属有机框架的合理孔设计
考虑到C 2 H 2在工业中的重要性，开发用于高效C 2 H 2 /CO 2分离的多孔材料具有重要意义。除了高选择性外，C 2 H 2吸附能力是C 2 H 2 /CO 2分离的另一个重要因素。然而，这两个因素之间的“权衡”仍然令人费解。金属有机骨架（MOFs）的合理孔隙设计已被证明是解决上述问题的有效途径。在这项工作中，我们在 MOF 的设计中适当地结合了三种策略（FJI-H33)，即引入开放的金属位点，构建笼状空腔，调整适度的孔径。正如预期的那样，FJI-H33表现出出色的 C 2 H 2吸附能力和高 C 2 H 2 /CO 2选择性。在298 K和100 kPa时，FJI-H33的C 2 H 2存储容量为154 cm 3 /g，而CO 2吸收量仅为80 cm 3 /g。C 2 H 2 /CO 2的理想吸附溶液理论 (IAST) 选择性(50:50) 在 298 K 时的计算值高达 15.5。更重要的是，突破性的实验验证了其优异的实用分离性能。此外，通过密度泛函理论（DFT）计算的吸附位点和相关能量为优异的分离性能和孔设计策略提供了很好的解释。
更新日期：2022-11-10
中文翻译：
用于高效 C2H2/CO2 分离的笼状金属有机框架的合理孔设计
考虑到C 2 H 2在工业中的重要性，开发用于高效C 2 H 2 /CO 2分离的多孔材料具有重要意义。除了高选择性外，C 2 H 2吸附能力是C 2 H 2 /CO 2分离的另一个重要因素。然而，这两个因素之间的“权衡”仍然令人费解。金属有机骨架（MOFs）的合理孔隙设计已被证明是解决上述问题的有效途径。在这项工作中，我们在 MOF 的设计中适当地结合了三种策略（FJI-H33)，即引入开放的金属位点，构建笼状空腔，调整适度的孔径。正如预期的那样，FJI-H33表现出出色的 C 2 H 2吸附能力和高 C 2 H 2 /CO 2选择性。在298 K和100 kPa时，FJI-H33的C 2 H 2存储容量为154 cm 3 /g，而CO 2吸收量仅为80 cm 3 /g。C 2 H 2 /CO 2的理想吸附溶液理论 (IAST) 选择性(50:50) 在 298 K 时的计算值高达 15.5。更重要的是，突破性的实验验证了其优异的实用分离性能。此外，通过密度泛函理论（DFT）计算的吸附位点和相关能量为优异的分离性能和孔设计策略提供了很好的解释。
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