基于几例芳基羧酸的新MOFs的设计合成及其选择性CO2与N2吸附与分离

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随着工业和经济的快速发展,CO2排放量的增加会导致温室效应,并加剧环境污染。因此,如何降低CO2的超高浓度已成为一个迫切的问题。金属有机骨架(MOFs)因其超高的表面积,可调的孔隙率,丰富的表面化学环境和显着的稳定性等特点,而引起了人们将其应用在CO2捕获方面的关注。本文设计、合成了五例芳基多羧酸配体,并通过NMR和FTIR对它们进行了结构表征。二羧酸为1,5-二乙氧基-2,6-二(4-羧基苯基)萘(H2DCEPN)和1,5-二甲氧基-2,6-二(4-羧基苯基)萘(H2DCMPN),四羧酸为2,3,5,6-四(4-羧基苯基)吡嗪(H4TCPP),六羧酸为9-[1-(3,5-二羧基苯基)-1,2,3-三唑-4-基]-苯基-[1-(3,5-二羧苯基)-3,6-二-1,2,3-三唑-4-基]咔唑(H6STCP),八羧酸为2,3,5,6-四(3,5-二羧基苯基)吡嗪(H8TOCP)。探索了基于上述配体的MOFs的晶体生长条件,合成出了四例新MOFs:Co8(TCPP)4(BPY)4?xDMF(BTY=4,4’-联吡啶)、Ni3(OH)2(H2TCPP)2(BPY)·xDMF、Ni4(TCPP)2(BPY)4?8H2O和[Ni(DCEPN)(BPY)?2H2O]?2DMF,并通过TGA、S(P)XRD和FTIR对它们进行了晶体结构、热稳定性和晶相纯度分析;通过IAST模型研究了已合成MOFs的CO2与N2吸附选择性;经吸附热计算分析了合成材料的循环再生性能。已合成的Co8(TCPP)4(BPY)4·xDMF在移除溶剂分子后晶体结构发生了相变,其空间群由P21/c(单斜)变为P-1(三斜);活化的Co8(TCPP)4(BPY)4·xDMF的BET比表面积为658.493 m2/g;在273 K和CO2与N2的组分比为15:85时,其分离因子为48.35,能较好地满足CO2的分离要求。Ni3(OH)2(H2TCPP)2(BPY)·xDMF和Ni4(TCPP)2(BPY)4?8H2O的BET比表面积分别为152.11和46.78 m2/g;但后者活化后由于具有裸露的金属位点而具有较高的CO2选择性。[Ni(DCEPN)(BPY)?2H2O]?2DMF的BET比表面积为6.91 m2/g,在273和298 K下均可达到CO2分离要求。计算表明,四例MOFs均具适于CO2吸附与分离的吸附热。
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