劉毅教授課題組Angew：鈦氧團簇輔助制備富含骨架缺陷的全能型Ti-MOF氣體分離膜（Hot Paper）
盡管Ti-MOF膜在高效氣體分離應(yīng)用方面潛力巨大，但有關(guān)Ti-MOF膜制備的相關(guān)研究仍然很少，主要原因是鈦金屬源種類受限和膜材料結(jié)構(gòu)和分離性能間的構(gòu)效關(guān)系仍不甚明確。
基于此，大連理工大學(xué)化工學(xué)院劉毅教授課題組首次以Ti8(μ2-O)8(OOCC6H5)16團簇作為鈦金屬源，通過單模微波加熱，在溫和反應(yīng)條件下經(jīng)三次生長制備了富含骨架配位缺陷的優(yōu)先c-軸取向MIL-125膜，其展現(xiàn)出優(yōu)異的CO2/N2、H2/N2和H2/CH4分離性能。上述研究工作入選為Angew. Chem. Int. Ed.期刊Hot Paper。
圖1.以Ti8Ph簇為鈦源，結(jié)合單模微波輔助加熱和三次生長制備富配位缺陷MIL-125膜示意圖
要點1. 以Ti8(μ2-O)8(OOCC6H5)16團簇作為MIL-125膜鈦金屬源，不僅降低了反應(yīng)溫度，還同時增加了骨架內(nèi)配位缺失數(shù)目，提升了CO2/N2吸附選擇性。
要點2. 單模微波加熱與三次生長相結(jié)合，促進MIL-125膜沿c-軸方向優(yōu)先外延生長，同時有效降低了膜內(nèi)晶間隙缺陷數(shù)目，使MIL-125膜更加連續(xù)致密。
圖2. (a-c) MIL-125-TG形貌表征；(d-e) MIL-125-TG氣體分離性能；(g-i) MIL-125-TG氣體分離性能與2008的Robeson上限；(j) MIL-125-TG與原始MOF膜在相同條件下CO2/N2分離性能比較。(k-l) MIL-125-TG與原始3D MOF膜在相同條件下H2/N2和H2/CH4分離性能比較。
要點3.具有較高骨架內(nèi)配位缺失數(shù)目的MIL-125膜表現(xiàn)出優(yōu)異和多樣化的氣體分離性能。最優(yōu)條件下制備的MIL-125膜其CO2/N2理想選擇性高達38.7，超過了目前相同測試條件下所有多晶MOF膜材料。此外，其H2/N2和H2/CH4理想選擇性分別達到64.9和40.7，均超越了相應(yīng)的Robeson氣體分離膜性能上限，在今后實際的氣體分離應(yīng)用中前景廣闊。
本工作中提出的利用metal-oxo簇合物作為金屬源的新理念，預(yù)期將對其它類型的高性能MOF膜制備有一定借鑒意義。
論文信息：
Chen Wang, Yanwei Sun, Libo Li, Rajamani Krishna, Taotao Ji, Sixing Chen, Jiahui Yan, Yi Liu.*Titanium-Oxo Cluster Assisted Fabrication of a Defect-Rich Ti-MOF Membrane Showing Versatile Gas-Separation Performance (Hot Paper)?Angewandte Chemie International Edition,2022, e20220366.
文章第一作者為大連理工大學(xué)博士研究生王晨，通訊作者為大連理工大學(xué)化工學(xué)院劉毅教授。
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