Melhoria da Sorção de Gases e Desempenho de Separação via Funcionalização de Ligandos em Estruturas Metal–Orgânicas Baseadas em Zircônio Altamente Estáveis

Usando uma estratégia sintética modulada, três estruturas metal-orgânicas isoestruturais baseadas em Zr, Zr6O4(OH)4(EDDC)6 (JLU-Liu34), Zr6O4(OH)4(EDDC-NO2)6 (JLU-Liu35) e Zr6O4(OH)4(EDDC-NH2)6 (JLU-Liu36) (H2EDDC = (E)-4,4′-(eteno-1,2-diyl)dibenzoico, H2EDDC-NO2 = (E)-2,2′-dinitro-4,4′-(eteno-1,2-diyl)dibenzoico, H2EDDC-NH2 = (E)-2,2′-diamino-4,4′-(eteno-1,2-diyl)dibenzoico), que possuem diferentes grupos substituintes, foram sintetizadas com sucesso. Significativamente, a estrutura e a cristalinidade das estruturas metal-orgânicas funcionalizadas (Zr-MOFs) são bem mantidas, mesmo que a natureza do grupo funcional seja diferente (NO2 é eletronegativo, enquanto NH2 é eletropositivo). Todos os três análogos apresentam topologia fcu conectada a 12, e os clássicos aglomerados Zr6 no cristal poroso fazem com que toda a estrutura tenha alta estabilidade química e térmica. Como resultado do efeito da funcionalização, os três análogos mostram diferentes capacidades de sorção e separação para pequenos gases, especialmente o JLU-Liu34, que exibe uma capacidade de absorção de C3H8 significativa de 303 cm3 g–1 a 273 K sob 1 bar. Embora o JLU-Liu36 mostre uma área de superfície de Brunauer–Emmett–Teller menor que a do JLU-Liu34, possui maior entalpia de adsorção de CO2 e seletividade para CO2 em relação ao CH4, influenciada pelos grupos amino adicionais. A modificação de ligandos fornece uma estratégia eficiente para projetar e sintetizar materiais porosos de MOFs para sorção e separação de pequenos gases.