氨（NH3）氣既是重要的化工原料，又是富含高密度氫的無碳燃料，同時(shí)也是高毒性的環(huán)境污染物和產(chǎn)生PM2.5的主要因素。因此，從資源、能源、環(huán)境來講，氨氣的吸附、儲(chǔ)存和脫附均顯得非常重要。近年來，金屬有機(jī)框架（MOF）由于高的比表面積，固有的孔結(jié)構(gòu)和可設(shè)計(jì)的孔隙率，在氨氣的捕集和分離方面展現(xiàn)了很大的潛力。然而，高容量的吸附、低能耗的脫附以及氨氣的選擇性分離仍然面臨著諸多挑戰(zhàn)。
在前期研究工作的基礎(chǔ)上，近日河南師范大學(xué)的王鍵吉教授團(tuán)隊(duì)與華中科技大學(xué)的馮光教授團(tuán)隊(duì)合作，以金屬有機(jī)框架MIL-53-(OH)2為母體材料，通過在其納米孔道中高度分散氯化鋰（LiCl）制備了高性能的氨氣雜化MOF吸附劑。盡管MIL-53-(OH)2 和LiCl對(duì)氨氣的吸附容量均較低（7.3和2.1 mmol/g），但是當(dāng)LiCl被高度分散在MOF的納米孔道后，雜化材料對(duì)氨氣的吸附能力大幅度提升。在1.0 bar和25 °C，對(duì)氨氣的吸附容量達(dá)到33.9 mmol/g，遠(yuǎn)超目前文獻(xiàn)報(bào)道的最高值。同時(shí)，由于在低分壓和高溫條件下良好的氨氣捕集能力，該吸附劑能夠以高選擇性從NH3/N2, NH3/CO2和NH3/H2O中選擇性吸附氨氣。此外，吸附-脫附15個(gè)循環(huán)后，雜化吸附劑對(duì)氨氣的吸收容量仍然沒有明顯的變化。
多種譜學(xué)研究和DFT計(jì)算結(jié)果表明，Li+與MOF框架上Al+周圍的氧（橋聯(lián)羥基和羧基）原子進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移而被錨定在納米孔道內(nèi)，高度分散的LiCl充分暴露了自己的活性位點(diǎn)，并通過Li+和NH3的配位作用以及Cl-和NH3的氫鍵作用實(shí)現(xiàn)了對(duì)氨氣的高容量捕集。重要的是，LiCl被錨定到MOF孔道的同時(shí)，削弱了Li+和NH3的配位強(qiáng)度，這就為氨氣的低能耗脫附和雜化吸附劑的循環(huán)利用提供了保證。 該工作啟發(fā)我們：如果能夠設(shè)計(jì)在氨氣中穩(wěn)定存在的MOF并提供牢固錨定氯化鋰的位點(diǎn)，原則上這些MOF即可負(fù)載氯化鋰實(shí)現(xiàn)對(duì)氨氣的高容量捕集、低能耗脫附以及對(duì)氨氣的選擇性分離。因此，該工作可以為設(shè)計(jì)新型氨氣吸附劑提供有益的指導(dǎo)。 論文信息 Anchoring LiCl in the Nanopores of Metal-Organic Frameworks for Ultra-High Uptake and Selective Separation of Ammonia Yunlei Shi, Zhenxiang Wang, Zhiyong Li, Huiyong Wang, Dazhen Xiong, Jikuan Qiu, Xiaoxin Tian, Guang Feng* and Jianji Wang* 論文的第一作者是河南師范大學(xué)的博士后史云磊博士，通訊作者是河南師范大學(xué)王鍵吉教授和華中科技大學(xué)馮光教授。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202212032
