Omar M. Yaghi 教授 JACS：不同湿度下氨基化MOFs捕捉CO2的机理探究

【引言】

MOFs具有结构可调控性好且易于在孔壁上引入官能团的优点。这使其成为可选择性大量吸收CO₂的热门材料之一。目前，可有效吸附CO₂的MOFs的孔经过烷基胺官能团化(R₁NHR₂或RNH₂)。这些烷基胺基团可与CO₂发生反应形成C-N共价键产生极高的低压吸收(<100Torr)和选择性；之前，氨基甲酸铵是捕获CO₂后产生的唯一产物，该工作发现氨基甲酸亦是一种产物。

【成果简介】

近日，世界著名化学家美国加州大学伯克利分校教授Omar M. Yaghi(通讯作者)——MOFs和COFs发展应用的奠基人之一，在JACS上发表了题为“The Chemistry of CO₂Capture in an Amine-Functionalized Metal−Organic Framework under Dry and Humid Conditions”的工作。该研究有助于揭示在不同实际条件下MOFs对CO₂吸附机理和材料设计和应用。

【注】C：灰色，O：红色，N：绿色，Mg：蓝色。（下同）

【图文导读】

图一. IRMOF-74-III-(CH₂NH₂)₂的CO2吸附脱附等温线

实心坐标点：吸附等温线，空心坐标点：脱附等温线；红色：活化的IRMOF-74-III-(CH₂NH₂)₂第一次吸脱附循环等温线，黑色：未活化的IRMOF-74-III-(CH₂NH₂)₂一次循环之后的吸脱附等温线，橙色：室温下活化12h后，IRMOF-74-III-(CH₂NH2)2第二次吸脱附循环等温线，蓝色：120℃下活化2h后，IRMOF-74-III-(CH₂NH₂)₂第二次吸脱附循环等温线；内置小图：低压下不同吸脱附等温线的放大图。

图二. 不同条件下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(红色)和真空脱气24h(灰色)后的IRMOF-74-III-(CH₂NH₂)₂¹³C-CP-MAS NMR；

c.暴露在相对湿度95%的N2氛围下24h后，在675 Torr的CO2下暴露24h(蓝色)和真空脱气24h(灰色)后的IRMOF-74-III-(CH₂NH₂)₂¹³C-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(红色)和真空脱气24h(灰色)后的IRMOF-74-III-(CH₂NH₂)₂¹⁵N -CP-MAS NMR；

f.暴露在相对湿度95%的N₂氛围下24h后，在675 Torr的CO2下暴露24h(蓝色)和真空脱气24h(灰色)后的IRMOF-74-III-(CH₂NH₂)₂¹⁵N -CP-MAS NMR。

图三. IRMOF-74-III-(CH₂NH₂)₂的俯视结构模型及吸附CO₂后氨基的变化

左 侧： 孔内的氨基分布方式；

右上侧：相对湿度95%时，吸附CO₂前后氨基的变化；

右下侧：相对湿度0%时，吸附CO₂前后氨基的变化。

【小结】

该工作介绍了一种新的双氨基MOF体系—IRMOF-74-III-(CH₂NH₂)₂并阐明了在不同湿度条件下其与CO₂相互作用的化学机制。

文献链接：The Chemistry of CO₂Capture in an Amine-Functionalized Metal−Organic Framework under Dry and Humid Conditions（J. Am. Chem. Soc., 2017 DOI: 10.1021/jacs.7b06382）

本文由材料人编辑部纳米组Mr_PSP供稿，欧洲足球赛事 整理编辑。

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