Omar M. Yaghi 教授 JACS：不同濕度下氨基化MOFs捕捉CO2的機理探究

【引言】

MOFs具有結構可調控性好且易于在孔壁上引入官能團的優點。這使其成為可選擇性大量吸收CO₂的熱門材料之一。目前，可有效吸附CO₂的MOFs的孔經過烷基胺官能團化(R₁NHR₂或RNH₂)。這些烷基胺基團可與CO₂發生反應形成C-N共價鍵產生極高的低壓吸收(<100Torr)和選擇性；之前，氨基甲酸銨是捕獲CO₂后產生的唯一產物，該工作發現氨基甲酸亦是一種產物。

【成果簡介】

近日，世界著名化學家美國加州大學伯克利分校教授Omar M. Yaghi (通訊作者)——MOFs和COFs發展應用的奠基人之一，在JACS上發表了題為“The Chemistry of CO₂ Capture in an Amine-Functionalized Metal?Organic Framework under Dry and Humid Conditions”的工作。該研究有助于揭示在不同實際條件下MOFs對CO₂吸附機理和材料設計和應用。

【注】C：灰色，O：紅色，N：綠色，Mg：藍色。（下同）

【圖文導讀】

圖一. IRMOF-74-III-(CH₂NH₂)₂的CO2吸附脫附等溫線

實心坐標點：吸附等溫線，空心坐標點：脫附等溫線；紅色：活化的IRMOF-74-III-(CH₂NH₂)₂第一次吸脫附循環等溫線，黑色：未活化的IRMOF-74-III-(CH₂NH₂)₂一次循環之后的吸脫附等溫線，橙色：室溫下活化12h后，IRMOF-74-III-(CH₂NH2)2第二次吸脫附循環等溫線，藍色：120℃下活化2h后，IRMOF-74-III-(CH₂NH₂)₂第二次吸脫附循環等溫線；內置小圖：低壓下不同吸脫附等溫線的放大圖。

圖二. 不同條件下IRMOF-74-III-(CH₂NH₂)₂的¹³C/¹⁵N-CP-MAS NMR

a. IRMOF-74-III-(CH₂NH₂)₂的¹³C-CP-MAS NMR；

b. 暴露在675 Torr的CO₂下24h(紅色)和真空脫氣24h(灰色)后的IRMOF-74-III-(CH₂NH₂)₂ ¹³C-CP-MAS NMR；

c. 暴露在相對濕度95%的N2氛圍下24h后，在675 Torr的CO2下暴露24h(藍色)和真空脫氣24h(灰色)后的IRMOF-74-III-(CH₂NH₂)₂ ¹³C-CP-MAS NMR；

d. 增加50%¹⁵N的IRMOF-74-III-(CH₂NH₂)₂的¹⁵N-CP-MAS NMR；

e. 暴露在675 Torr的CO2下24h(紅色)和真空脫氣24h(灰色)后的IRMOF-74-III-(CH₂NH₂)₂ ¹⁵N -CP-MAS NMR；

f. 暴露在相對濕度95%的N₂氛圍下24h后，在675 Torr的CO2下暴露24h(藍色)和真空脫氣24h(灰色)后的IRMOF-74-III-(CH₂NH₂)₂ ¹⁵N -CP-MAS NMR。

圖三. IRMOF-74-III-(CH₂NH₂)₂的俯視結構模型及吸附CO₂后氨基的變化

左??? 側： 孔內的氨基分布方式；

右上側：相對濕度95%時，吸附CO₂前后氨基的變化；

右下側：相對濕度0%時，吸附CO₂前后氨基的變化。

【小結】

該工作介紹了一種新的雙氨基MOF體系—IRMOF-74-III-(CH₂NH₂)₂并闡明了在不同濕度條件下其與CO₂相互作用的化學機制。

文獻鏈接：The Chemistry of CO₂ Capture in an Amine-Functionalized Metal?Organic Framework under Dry and Humid Conditions（J. Am. Chem. Soc., 2017 DOI: 10.1021/jacs.7b06382）

本文由材料人編輯部納米組Mr_PSP供稿，材料牛整理編輯。

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