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C₂H₂被廣泛應(yīng)用于合成多種化工產(chǎn)品，但工業(yè)生產(chǎn)中難免混入少量CO₂，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，分離C₂H₂/CO₂混合氣體并獲得高純C₂H₂具有重要的工業(yè)意義。然而，由于C₂H₂和CO₂性質(zhì)相似，分離困難。此外，C₂H₂的反應(yīng)活性高，不能在加壓液化后進(jìn)行貯存或運(yùn)輸，安全運(yùn)輸和儲(chǔ)存也面臨挑戰(zhàn)。

新興的金屬-有機(jī)框架（MOFs）在氣體存儲(chǔ)與分離領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。但如何解決高吸附容量和高選擇性之間的Trade-off效應(yīng)，設(shè)計(jì)具有高效C₂H₂存儲(chǔ)和分離性能的MOFs仍然具有挑戰(zhàn)性。

受金屬-炔基催化化學(xué)的啟發(fā)，中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所的袁大強(qiáng)研究員和王要兵研究員開展了合作研究，利用金屬-炔化學(xué)策略，成功地將對(duì)C₂H₂具有獨(dú)特識(shí)別能力的強(qiáng)結(jié)合金屬位點(diǎn)引入多孔MOFs材料中，克服了高吸附容量和高選擇性之間的Trade-off效應(yīng)。

Pd/Cu-PDA和Pt/Cu-PDA是一類具有NbO拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的3D高孔MOFs，孔隙率高達(dá)~65.4%，能獨(dú)特識(shí)別C₂H₂的Pd(II)、Pt(II)開放金屬位點(diǎn)密度(OMSs)均為1.8 OMSs/nm³。Pd/Cu-PDA和Pt/Cu-PDA在293 K和1 bar下均對(duì)C₂H₂有高吸附容量，分別為209和153 cm³/g。其中，在0.01 bar下的C₂H₂吸附量分別高達(dá)35.8和28.7 cm³/g，對(duì)應(yīng)的C₂H₂/CO2吸附容量比分別高達(dá)21.1和16.9。然而，Pd/Cu-PDA無法實(shí)現(xiàn)C₂H₂氣體的完全脫附(每個(gè)Pd中心對(duì)應(yīng)~2.1個(gè)C₂H₂分子)，并伴隨不可逆的多孔結(jié)構(gòu)坍塌。與之相反，Pt/Cu-PDA可實(shí)現(xiàn)多輪C₂H₂循環(huán)吸附，且不影響其吸附容量。動(dòng)態(tài)穿透實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Pd/Cu-PDA的C₂H₂/CO₂穿透時(shí)間由首輪的43 min/g急降至第三輪的1.1 min/g；而Pt/Cu-PDA在經(jīng)歷三輪循環(huán)動(dòng)態(tài)穿透實(shí)驗(yàn)后，其C₂H₂/CO₂穿透時(shí)間仍保持為37 min/g。由此證明，盡管Pd/Cu-PDA具有更強(qiáng)的金屬-炔化學(xué)作用力，但是Pt/Cu-PDA表現(xiàn)出更優(yōu)的C₂H₂存儲(chǔ)和C₂H₂/CO₂分離性能。

理論計(jì)算表明，Pd/Cu-PDA中的Pd(II)與C₂H₂分子在經(jīng)歷H⁺轉(zhuǎn)移之后形成獨(dú)特的配位作用，以及隨之而來的C₂H₂分子二聚反應(yīng)，使得材料對(duì)C₂H₂分子具有超強(qiáng)結(jié)合力。但是HCl分子以及自發(fā)化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)(累積-2.0 eV)的釋放對(duì)多孔結(jié)構(gòu)造成不可逆的損害，使其喪失吸附與分離性能。Pt/Cu-PDA中的Pd(II)與C₂H₂分子通過強(qiáng)di-σ鍵作用形成π絡(luò)合物。此外，Pd/Cu-PDA和Pt/Cu-PDA與CO₂間的作用則以弱范德華力為主。Pd/Cu-PDA和Pt/Cu-PDA對(duì)C₂H₂和CO₂不同的主-客體作用是造成二者迥異的C₂H₂存儲(chǔ)和C₂H₂/CO₂分離性能的主因。

這篇工作報(bào)道了一種MOFs材料，它能夠突破C₂H₂高吸附容量和高選擇性之間的Trade-off效應(yīng)，并系統(tǒng)闡述其氣體吸附與分離機(jī)制。此外，該研究還提出了一種新的C₂H₂/CO₂分離策略，通過調(diào)控MOFs中的金屬-炔化學(xué)作用來解決這一極具挑戰(zhàn)性的問題。