Observation of binding of carbon dioxide to nitro-decorated metal-organic frameworks
Observation of binding of carbon dioxide to nitro-decorated metal-organic frameworks
复制标题
DOI：
10.1039/c9sc04294f
复制
发表时间：
2020-05-28
期刊：
影响因子：
8.4
通讯作者：
Schroeder, Martin
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Duong, Thien D.;Sapchenko, Sergey A.;Schroeder, Martin
用胺、酰胺和羟基官能化的金属有机框架（MOF）由于能够与 CO2 形成氢键，因此在 CO2 结合方面显示出巨大的前景。在此，我们报告了四种采用 NbO 拓扑的等网状 MOF 中 CO2 的吸附和选择性。使用 -NO2、-NH2 和烷基对母体 MOF MFM-102 进行官能化，可使 NO2 修饰的 MOF 的 CO2 吸附增强高达 36%，并且选择性也有所提高。 MFM-102-NO2 在该系列中表现出最高的 CO2 吸附容量（273 K 和 1.0 bar 时为 184 cm(3) g(-1)），与性能最佳的等网状 MOF 相当。在 298 K 和 1.0 bar 下，MFM-102-NO2 显示出 5.0 的 CO2/CH4 选择性。采用原位非弹性中子散射和同步加速器 FT-IR 显微光谱来阐明负载 CO2 的 MFM-102-NO2 内的主客体相互作用动力学。中子粉末衍射使得能够直接观察 MFM-102-NO2 中的首选结合域，并且据我们所知，我们报告了 CO2 与多孔 MOF 中的 -NO2 基团结合的第一个例子。 -NO2 基团和开放金属位点之间的协同效应导致 MFM-102-NO(2) 内的 CO2 分子通过氢键与 C-H 基团实现最佳结合。
Metal-organic frameworks (MOFs) functionalised with amine, amide and hydroxyl groups show great promise for CO2 binding due to their ability to form hydrogen bonds to CO2. Herein we report the adsorption and selectivity of CO2 in four iso-reticular MOFs adopting the NbO topology. Functionalisation of the parent MOF, MFM-102, with -NO2, -NH2 and alkyl groups leads to an enhancement of CO2 adsorption of up to 36% for the NO2-decorated MOF and with raised selectivity. MFM-102-NO2 shows the highest adsorption capacity for CO2 (184 cm(3) g(-1) at 273 K and 1.0 bar) within this series, comparable to the best-behaving iso-reticular MOFs. At 298 K and 1.0 bar, MFM-102-NO2 shows a CO2/CH4 selectivity of 5.0. In situ inelastic neutron scattering and synchrotron FT-IR micro-spectroscopy were employed to elucidate the host-guest interaction dynamics within CO2-loaded MFM-102-NO2. Neutron powder diffraction enabled the direct observation of the preferred binding domains in MFM-102-NO2, and, to the best of our knowledge, we report the first example of CO2 binding to a -NO2 group in a porous MOF. Synergistic effects between the -NO2 group and the open metal sites lead to optimal binding of CO2 molecules within MFM-102-NO(2)via hydrogen bonding to C-H groups.