利用合成后X型配体交换增强含库拉托夫斯基型结构单元金属有机框架的CO₂吸附

首页 > 行业动态 > 利用合成后X型配体交换增强含库拉托夫斯基型结构单元金属有机框架的CO₂吸附

摘要：
本文提出合成后X型配体交换（PXLE）策略，以含Zn−OH官能团的CFA-1类似物（1-OH）和MFU-4l类似物（2-OH）为基底，与含弱酸性E-H键的有机底物反应，引入Zn-E官能团。经苯胺交换的MOFs（1-NHPh₀.₉、1-NHPh₂.₅、2-NHPh）通过Zn-NHPh与CO₂的化学吸附机制，显著提升了低压CO₂吸附性能。

研究背景：
1. 行业问题和研究现状：MOF材料的气体吸附性能需精准调控，现有后合成修饰（PSM）方法中，X型配体交换研究较少，缺乏高效引入功能性配体的策略。
2. 本文创新：利用布朗斯特酸碱PXLE反应，在库拉托夫斯基型金属节点引入Zn-NHPh等官能团，通过化学吸附机制增强CO₂吸附，且兼容多种弱酸性底物。

实验部分：
1. 配体交换MOF合成：在氮气手套箱中，1-OH或2-OH与过量酸性底物（硝基甲烷、苯酚等）在二氯甲烷或1,4-二氧六环中室温反应16-72 h，洗涤后得到1-CH₂NO₂、1-OPh等产物。
2. 气体吸附测试：样品经100-150℃真空活化后，在77 K测试N₂吸附等温线，300-373 K测试CO₂吸附等温线。
3. 稳定性测试：对1-NHPh₂.₅和2-NHPh进行多次吸附-活化循环，评估结构稳定性和CO₂吸附可逆性。

分析测试：
1. PXRD：产物保持母体MOF晶体结构，低角度衍射峰受客体溶剂影响。
2. 比表面积（BET）：1-OH为2326 m²/g，1-NHPh₂.₅为2005 m²/g，2-NHPh为2816 m²/g。
3. 红外光谱（DRIFTS）：检测到Zn-NHPh特征峰（1292、3391 cm⁻¹），CO₂吸附后出现氨基甲酸锌特征峰。
4. 核磁共振（¹H NMR）：确定1-NHPh₀.₉和1-NHPh₂.₅的配体交换量分别为0.9和2.5个/簇。
5. 结果揭示：Zn-NHPh与CO₂形成氨基甲酸锌，增强吸附亲和力，且存在簇间氢键作用。

总结：
1. 主要结果：成功通过PXLE引入多种官能团，1-NHPh系列和2-NHPh的低压CO₂吸附量显著高于母体MOF。
2. 创新突破：首次报道Zn-OH通过PXLE活化弱酸性E-H键，建立化学吸附增强CO₂吸附的新机制。
3. 潜在意义：为MOF材料的功能化修饰提供新路径，助力高效CO₂捕获材料开发。

Using Postsynthetic X-Type Ligand Exchange to Enhance CO₂ Adsorption in Metal-Organic Frameworks with Kuratowski-Type Building Units
文章作者：Caitlin E. Bien, Zhongzheng Cai, Casey R. Wade
DOI：10.1021/acs.inorgchem.1c01077
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.inorgchem.1c01077

本文为科研用户原创分享用于学术宣传交流，具体内容请查阅上述论文，如有错误、侵权等请联系修改、删除。未经允许第三方不得复制转载。