分子活板材料有望实现高选择性气体吸附

香港城市大学科学家领导的一个国际团队发现了一种具有一维通道的柔性金属有机框架（MOF），该框架充当“分子活板门”，根据温度和压力变化选择性地吸附二氧化碳等气体

在发表在《Small》杂志上并刊登在该杂志封底的研究中，包括澳大利亚同步加速器首席束线科学家顾钦芬博士在内的研究人员报告称，固体一维通道离子金属有机框架（MOF）具有内部空隙，可以容纳气体分子

他们发现了一种温度敏感的气体吸附行为，类似于十年前主要作者在具有三维骨架结构的矿物CHA沸石中发现的“分子活板”效应

额外的骨架阴离子，即不属于材料主要结构骨架的带负电荷的离子，充当“门”，在高温或高压下从其通常的位置移动，允许气体进入

气体分离在许多工业环境中至关重要，包括天然气分离、碳捕获和氢气净化等应用。然而，当气体的尺寸相似且具有相同的性质时，很难实现高的气体选择性

不同的客体分子为吡啶基配体中阴离子的偏差（瞬时门打开）创造了不同的能量屏障，从而能够根据不同的特定阈值温度进行气体分离，以实现独家气体进入

较大的球形阴离子提高了对温室气体CO2/CH4、碳氢化合物C3H6/C3H8和天然气N2/CH4等气体的选择性。

尽管这是在低温和有限的分离能力下观察到的，但研究人员建议，这一概念可以应用于设计其他类型的MOF。这一发现可能会导致创建具有高比表面积的“分子活板”MOF，从而提供更好的容量和分离性能

香港城市大学能源与环境学院副教授Jin Shang教授说：“这一发现挑战了传统观点，即气体吸附仅与气体亲和力或基于尺寸的筛选有关，突出了guest-诱导的阴离子运动在MOFs内气体扩散中的作用。”

仔细研究了MOF相对于温度的灵活性，因为MOF中温度触发的栅极打开行为通常与结构转变有关

在不同温度下进行了原位单晶X射线衍射实验和原位同步加速器粉末X射线衍射测量，以使用澳大利亚同步加速器的大分子晶体学和粉末衍射束线来确定MOF的拓扑灵活性

顾博士解释说：“XRD衍射用于了解结构框架的灵活性和阴离子作为门控器对温度的响应，以及确认阴离子交换的成功并确定交换率。”大分子晶体学束线科学家Stefanie Bird博士协助进行了单晶测量，提供了不同温度下结构变化的信息 More information: Yuanmeng Tian et al, Tunable Gas Admission via a "Molecular Trapdoor" Mechanism in a Flexible Cationic Metal–Organic Framework Featuring 1D Channels, Small (2024). DOI: 10.1002/smll.202400064

Journal information: Small