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性能优越!东华理工大学团队定制MOF框架,可实现氙氪分离的有效调控

Evelyn Zhang

氙气和氪气素有“黄金气体”之称,并且在半导体、卫星多个核心领域有很高的应用价值。利用多孔吸附剂直接分离空气和UNF废气中的氙(Xe)和氪(Kr)具有重要的工业意义,但也是一项极具挑战性的任务。

在他们的研究中,东华理工大学化学生物与材料科学学院罗峰教授课题组的科研人员们展示了一种坚固、具有窄窗口但高孔隙率的金属-有机框架(MOF),即ECUT-60,它不仅具有很高的化学稳定性,而且具有多个圈闭的独特结构。

实现氙氪稀有气体分离的有效调控

这导致了超高的Xe吸附能力,超过了大多数此前见诸报道的多孔材料。

令人印象深刻的是,该MOF还能够实现Xe对Kr、CO2、O2和N2的高选择性,从而能够从模拟UNF再处理尾气中高效分离微量的Xe/Kr。

研究通过动态突破实验,验证了该方法的分离能力,Xe吸收量可达70.4 mmol/kg,纯Xe产量可达19.7 mmol/kg。

结果证明,从选择性和吸附容量两方面考虑,ECUT-60是Xe/Kr分离的最佳材料之一。

更重要的是,潮湿环境几乎不影响ECUT-60的Xe/Kr分离效果。

因此,研究团队得出结论称,ECUT-60在直接从UNF废气或空气中生产Xe方面具有广阔的潜力。理论计算揭示的分离机制是由于ECUT-60中的多个陷阱,通过范德华力对Xe原子产生了严格的限制。

采用坚固的金属-有机骨架结构(MOF),实现了从模拟UNF废气中记录Xe/Kr分离和生产高纯度Xe,主要是由于其独特的窗口窄和多个圈闭的结构特点,这表明其在直接分离Xe/Kr和从UNF废气或空气中生产Xe方面具有优越的应用潜力。

上述研究成果发表在Science Bulletin上,题为“Robust metal−organic framework with multiple traps showing record trace Xe/Kr separation”。

参考来源:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2095927320307763


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