إنشاء جيوب مثلى في إطار معدني–عضوي قائم على مركب كلاتروكيلايت لامتصاص الغاز والانفصال: دراسات تجريبية وحسابية

يُعَد التصميم العقلاني وتصنيع الأطر المعدنية العضوية (MOFs) القوية المستندة إلى وحدات بناء عضوية جديدة جوانب أساسية من الكيمياء الشبكية. بالإضافة إلى تصنيع روابط عضوية جديدة، من المهم توضيح علاقات الهيكل–الخاصية على المستوى الجزيئي لتطوير مواد عالية الأداء. في هذا العمل، استهدفنا بنجاح إطار MOF من نوع القفص ذي المسامية العالية والمتانة (NU-200) مع طوبولوجيا fof مشتقة من nbo من خلال التجميع المدروس لوصلة ميتا-بنزين-ديكربوكسيليت المستندة إلى كلاتروكيلايت حديد(II) مفعلة بحلقة سيكلوهكسيل مع وحدة بناء ثانوية (SBU) Cu2(CO2)4. أظهر NU-200 قدرة امتصاص استثنائية للزينون وتنبؤًا بانتقائية عالية وفق نظرية الحلول الممتص المثالي (IAST) لمزيج 20/80 (حجم/حجم) من الزينون (Xe) / الكريبتون (Kr) عند 298 كيلفن و1.0 بار. أشارت محاكَاتنا الحسابية الواسعة باستخدام مونت كارلو الكبير (GCMC) ونظرية الوظيفة الكثافة (DFT) على NU-200 إلى أن جيوب النانو الهرمية على شكل وعاء الم surrounded by حخصصية Cyclohexyl design ، بدلاً من ما كان يُعتقد تقليديًا من مواقع المعادن المفتوحة (OMSs) ، لعبت دورًا حاسمًا في تعزيز ألفة ربط Xe. احتجزت الجيوب المثلى الحجم الزينون بقوة من خلال العديد من التفاعلات فوق الجزيئية بما في ذلك Xe···H، Xe···O، وXe···π. بالإضافة إلى ذلك، قمنا بتحقق تأثير احتجاز الجيوب الفريد من خلال التجارب والمحاكاة الحاسوبية باستخدام مادة البروبيان المشابهة بالحجم، ثنائي أكسيد الكبريت (SO2)، التي قدمت رؤى هامة حول الأسس الجزيئية للامتصاص العالي لـ SO2 (11.7 مليمول/غرام)، خاصة عند ضغط منخفض قدره 0.1 بار (8.5 مليمول/غرام). لذلك، يمكن أن يسهل هذا العمل التصميم المدروس لوحدات البناء العضوية، مما ينتج MOFs تتميز بجيوب مخصصة لتعزيز أداء امتصاص الغاز والانفصال.