八氟丙烷(C3F8)作為含氟電子特種氣體之一，因其良好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性、較低的大氣壽命和更有效的蝕刻/清洗性能而廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體和集成電路制造領(lǐng)域。然而工業(yè)上C3F8的生產(chǎn)通常伴隨著六氟丙烯(C3F6)雜質(zhì)。由于C3F8和C3F6具有非常相似的物理和化學(xué)性質(zhì)，以及接近的分子尺寸，生產(chǎn)高純度的C3F8充滿挑戰(zhàn)性。 為了解決這一難題，天津工業(yè)大學(xué)仲崇立/黃宏亮團(tuán)隊(duì)發(fā)表文章，提出了氟化孔隙工程策略，通過在籠狀孔的MOF孔窗口處引入氟化基團(tuán)，實(shí)現(xiàn)了C3F6/C3F8的高效分離并解決了吸附容量和選擇性的權(quán)衡問題。
作者將疏水三氟甲基引入具有較大孔籠的母體MOF (Zn-bzc) 的孔窗口處，得到三氟甲基修飾的Zn-bzc-CF3 材料。與原始的Zn-bzc材料相比，引入的-CF3基團(tuán)顯著降低了Zn-bzc-CF3的孔徑。 由于引入的-CF3基團(tuán)可以創(chuàng)造疏水的微環(huán)境，從而大大提高了Zn-bzc-CF3材料的化學(xué)穩(wěn)定性。氣體吸附實(shí)驗(yàn)表明，Zn-bzc對(duì)C3F8和C3F6均有明顯的共吸附現(xiàn)象(圖3d)。然而Zn-bzc-CF3 對(duì)C3F8仍幾乎不吸附，但可以有效的吸附C3F6，從而表現(xiàn)出理想的分子篩分分離。穿透實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Zn-bzc-CF3對(duì)C3F8和C3F6混合組分離表現(xiàn)出優(yōu)異的分離效果。 通過DFT計(jì)算，作者進(jìn)一步揭示了具有分子篩效應(yīng)的詳細(xì)機(jī)理。在優(yōu)化的最優(yōu)構(gòu)型中，C3F6優(yōu)先位于Zn-bzc-CF3空腔的角落，結(jié)合能為32.9 kJ mol-1。被吸附的C3F6分子與鋅團(tuán)簇和吡唑環(huán)及吡唑環(huán)上的-CF3基團(tuán)形成多點(diǎn)相互作用。 作者提出了氟化孔隙工程策略，實(shí)現(xiàn)了C3F6/C3F8的高效分離。通過在籠狀孔結(jié)構(gòu)的Zn-bzc材料孔窗口處引入氟化基團(tuán)，不僅提供了合適的孔窗口尺寸，實(shí)現(xiàn)了C3F6/C3F8的分子篩分分離，而且氟化基團(tuán)能夠與C3F6分子形成F···F相互作用，強(qiáng)化了C3F6親和力。此外，氟化孔隙工程可以創(chuàng)造疏水微環(huán)境，使Zn-bzc-CF3 MOF具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和吸附循環(huán)再生性能，從而具有良好的應(yīng)用前景。 論文信息 Fluorinated MOF-Based Hexafluoropropylene Nanotrap for Highly Efficient Purification of Octafluoropropane Electronic Specialty Gas Mingze Zheng, Wenjuan Xue, Tongan Yan, Zefeng Jiang, Zhi Fang, Hongliang Huang,* Chongli Zhong* Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202401770
