跳到主要内容

感谢您访问nature.com。您使用的是对CSS支持有限的浏览器版本。为了获得最好的体验,我们建议您使用最新的浏览器(或关闭Internet Explorer的兼容性模式)。同时,为了确保持续的支持,我们将在没有样式和JavaScript的情况下显示站点。

配合NH的配体插入机制3.在金属有机框架中捕获

摘要

氨是农业和工业中的一种关键化学品,通过哈伯-博斯工艺大规模生产1.这一过程使用甲烷作为燃料和氢气的原料,对环境的影响促使人们需要更可持续的氨生产23.45.然而,许多使用可再生氢的策略与现有的氨分离方法不兼容6789.鉴于金属有机框架(MOFs)的高表面积、结构和化学多功能性,它有望用于氨分离,但大多数MOFs会不可逆地结合氨,或在接触这种腐蚀性气体时降解1011.在这里,我们报道了一种可调的三维框架,通过合作插入到金属-羧酸键中可逆地结合氨,形成致密的一维配位聚合物。这种不寻常的吸附机制提供了相当可观的内在热管理12,并且,在高压和高温下,协同吸氨产生大的工作能力。通过简单的合成改性,氨吸附的阈值压力可以进一步调整近五个数量级,这为开发节能氨吸附剂指明了更广泛的战略。

这是订阅内容的预览,通过你所在的机构访问

访问选项

买条

在ReadCube上获得时间限制或全文访问。

32.00美元

所有价格均为净价格。

图1 Cu(cyhdc)和NH的结构3.吸收。
图2 Cu(NH)的单晶x射线衍射结构3.4(cyhdc)和Cu(NH)中的局部Cu环境3.2(cyhdc)。
图3:Cu(NH3.2(cyhdc)。
图4:NH的温度依赖性3.Cu(cyhdc)对NH的吸附以及金属和连接剂变化对NH的影响3.在M(二羧酸盐)框架摄取。

数据可用性

晶体结构数据可在剑桥结构数据库沉积编号2202925220337822033792203380而且2208967.所有其他数据可根据要求从相应作者处获得。

参考文献

  1. 清,G.等。电催化氮的研究进展与挑战2还原成氨。化学。牧师。120, 5437-5516(2020)。

    文章中科院谷歌学者

  2. 郭俊,陈平。催化剂:NH3.作为能量载体。化学3., 709-712(2017)。

    文章中科院谷歌学者

  3. 你们T.-N。et al。Vacancy-enabled N2镍负载催化剂上氨合成的活化。自然583, 391-395(2020)。

    文章广告中科院谷歌学者

  4. Li, K.等。氧的加入增强锂介导的氨合成。科学374, 1593-1597(2021)。

    文章广告中科院谷歌学者

  5. 苏扬托,B. H. R.等。基于磷质子穿梭的氮高效还原氨。科学372, 1187-1191(2021)。

    文章广告中科院谷歌学者

  6. 电化学合成氨作为一种潜在的替代Haber-Bosch工艺。Catal Nat。2, 377-380(2019)。

    文章中科院谷歌学者

  7. 史密斯,C,希尔,a . K.和Torrente-Murciano, L.哈伯-博斯氨在无碳能源领域的当前和未来作用。能源环境。科学。13, 331-344(2020)。

    文章谷歌学者

  8. Malmali, M.等。更好的氨分离吸附剂。ACS维持。化学。Eng。6, 6536-6546(2018)。

    文章中科院谷歌学者

  9. 史密斯,C.,麦考密克,A. V. &卡斯勒,E. L.利用吸收优化氨生产条件。ACS维持。化学。Eng。7, 4019-4029(2019)。

    文章中科院谷歌学者

  10. Rieth, a.j., Wright, a.m. & dinc同化,M.金属-有机框架的腐蚀和协调气体捕获的动力学稳定性。纳特·脱线牧师。4, 708-725(2019)。

    文章广告中科院谷歌学者

  11. Kajiwara, T.等。多孔配位聚合物抗氨稳定性的系统研究。化学。欧元。J。20., 15611-15617(2014)。

    文章中科院谷歌学者

  12. 梅森,J. A.等。具有固有热管理的柔性金属有机框架中甲烷的储存。自然527, 357-361(2015)。

    文章广告中科院谷歌学者

  13. 戈弗雷,h.g.w.等。在坚固的金属有机框架中通过可逆的主-客站点交换来存储氨。Angew。化学。Int。艾德。57, 14778-14781(2018)。

    文章中科院谷歌学者

  14. 陈,Y.等。通过M(BDC) (M = Cu, Zn, Cd)金属有机框架的可逆结构转化去除氨排放。环绕。科学。抛光工艺。54, 3636-3642(2020)。

    文章广告中科院谷歌学者

  15. 陈,Y.等。柔性MOFs M(NA)的环保型合成2(M = Zn, Co, Cu, Cd),氨容量大,可再生。j .板牙。化学。一个6, 9922-9929(2018)。

    文章中科院谷歌学者

  16. 陈勇,李丽丽,李娟,欧阳坤,杨杰。M-2 (INA)(M = Cu, Co, Ni, Cd)系列材料的氨捕集与柔性转化。j .风险。板牙。306, 340-347(2016)。

    文章中科院谷歌学者

  17. Lyu, P.等。在高度稳定的金属有机框架中,通过非常规可逆的来宾诱导金属-连接键动力学捕获氨。化学。板牙。33, 6186-6192(2021)。

    文章中科院谷歌学者

  18. Kumagai, H.等。铜二聚体与金属有机框架独联体- - -反式1、4-cyclohexanedicarboxylate和独联体独联体1、3、5-cyclohexanetricarboxylate。Inorg。化学。46, 5949-5956(2007)。

    文章中科院谷歌学者

  19. Seki, K., Takamizawa, S. & Mori, W.微孔铜(II)二羧酸酯(富马酸盐,对苯二甲酸盐和反式-1,4-环己二羧酸)。化学。列托人。30., 122-123(2001)。

    文章谷歌学者

  20. 金,D. W.等。金属有机框架吸附剂在宽压力范围内的高氨吸收率。Angew。化学Int。艾德。59, 22531-22536(2020)。

    文章中科院谷歌学者

  21. 麦克唐纳,t.m.等人。CO的协同插入2在二胺附加的金属有机框架中。自然519, 303-308(2015)。

    文章广告中科院谷歌学者

  22. Reed, d.a.等人。金属-有机骨架协同吸附的自旋转变机制。自然550, 96-100(2017)。

    文章广告中科院谷歌学者

  23. 刘春英,艾佳。碱土卤化物的氨吸附分离与贮存过程。公牛。化学。Soc。日本77, 123-131(2004)。

    文章中科院谷歌学者

  24. 康,D. W.等。氢键有机骨架(HOF)与型NH3.吸附行为。Angew。化学。Int。艾德。131, 16298-16301(2019)。

    文章广告谷歌学者

  25. 陈,Y.等。天线保护的金属有机方块,用于水/氨吸收,具有出色的稳定性和可再生性。ACS维持。化学。Eng。5, 5082-5089(2017)。

    文章中科院谷歌学者

  26. 斯坦纳,t。固态的氢键。Angew。化学。Int。艾德。41, 48-76(2002)。

    文章中科院谷歌学者

  27. 王丽丽,陈丽丽,王海林,廖德龙。碱土金属氯化物及其复合吸附剂的吸附制冷特性。更新。能源34, 1016-1023(2009)。

    文章中科院谷歌学者

  28. 王丽文,王仁志,陆志生,陈春杰,吴建云。复合吸附剂在有和没有质量回收的制冷循环中吸附性能的比较。化学。Eng。科学。61, 3761-3770(2006)。

    文章中科院谷歌学者

  29. Rieth, A. J., Tulchinsky, Y. & dinckov, M.具有开放Mn, Co和Ni位点的介孔偶氮酸金属有机框架的高可逆氨吸收。j。化学。Soc。138, 9401-9404(2016)。

    文章中科院谷歌学者

  30. Katz, m.j.等人。使用Cu-MOF-74/Cu-CPO-27高容量吸氨。居屋单位。反式。45, 4150-4153(2016)。

    文章中科院谷歌学者

  31. Hiraide, S., Tanaka, H., Ishikawa, N. & Miyahara, M. T.用于二氧化碳分离和捕获的柔性金属有机框架的内在热管理能力。ACS达成。板牙。接口9, 41066-41077(2017)。

    文章中科院谷歌学者

  32. 费尔德曼,W. K., Esterhuysen, C. & Barbour, L. J.柔性多孔材料的压力梯度吸附量热:对固有热管理的影响。ChemSusChem13, 5220-5223(2020)。

    文章中科院谷歌学者

  33. An, G.等。氨基热能储存的金属有机框架。17, 2102689(2021)。

    文章中科院谷歌学者

  34. 刘,Z.等。金属-有机骨架/氨工作副在吸附式制冷机中的潜在应用。j .板牙。化学。一个9, 6188-6195(2021)。

    文章中科院谷歌学者

  35. Kale, m.j.等人。通过反应吸收优化氨分离,实现可持续的氨合成。ACS达成。能源板牙。3., 2576-2584(2020)。

    文章中科院谷歌学者

  36. Hrtus, D. J., Nowrin, F. H., Lomas, A., Fotsa, Y. & Malmali, M.通过优化负载金属卤化物的吸收和解吸条件来实现+ 95%的氨纯度。ACS维持。化学。Eng。10, 204-212(2021)。

    文章谷歌学者

  37. 欧文,H. &威廉姆斯,R. J. P.过渡金属配合物的稳定性。j .化学。Soc。3192 - 3210(1953)。

  38. 金属配合物与乙二胺的形成:平衡常数,焓和熵值的关键调查。纯粹的达成。化学。56, 491-522(1984)。

    文章谷歌学者

  39. 弗里施,M. J.等。高斯16,修订A.03(高斯,2016)。

  40. 蒋,刘,罗skilly, a . P.氨固体吸附剂的热导率、渗透性及反应特性增强研究进展。Int。J.热质量传递。130, 1206-1225(2019)。

    文章中科院谷歌学者

  41. Rigaku牛津衍射晶体软件系统,版本1.171.39.7a (Rigaku, 2015)。

  42. 谢德里克,g.m.,用SHELXL改进晶体结构。Acta Crystallogr。C71, 3−8(2015)。

  43. 谢尔德里克,g.m.。SHELXS(大学Göttingen, 2014)。

  44. Sheldrick, g.m. SHELX的简史。Acta Crystallogr。一个64, 112−122(2008)。

  45. 谢尔德里克,g.m.。SHELXL(大学Göttingen, 2014)。

  46. Dolomanov, O. V, Bourhis, L. J., Gildea, R. J., Howard, J. a . K. & Puschmann, H. OLEX2:一个完整的结构解决方案,改进和分析程序。j:。Crystallogr42, 339−341(2009)。

  47. 卡森等人。1,4-苯二羧酸铜粉末衍射的结构溶液。欧元。j . Inorg。化学2014, 2140−2145(2014)。

下载参考

确认

本研究由美国能源部基础能源科学办公室、化学科学、地球科学和生物科学部的分离科学支持,资助号为DE-SC0019992。我们感谢贝尔斯通过阿诺德贝克曼化学科学博士后奖学金和通过美国国家科学基金会研究生研究奖学金(DGE 1752814)对ABT和EOV的支持。DFT计算使用加州大学伯克利分校分子图形和计算设施的基础设施进行,该设施由NIH支持(NIH S10OD023532)。在阿贡国家实验室使用APS是由美国能源部,科学办公室,基础能源科学办公室支持的,合同编号为。DE-AC02-06CH11357。我们感谢K. R. Meihaus的编辑协助。

作者信息

作者及隶属关系

作者

贡献

B.E.R.S.和J.R.L.设计了这项研究。b.e.r.s., a.b.t., h.f., e.o.v., M.V.P.和M.N.D.进行实验。B.E.R.S.和J.R.L.分析了数据。B.E.R.S.写了手稿。B.E.R.S.和J.R.L.编辑了手稿。

相应的作者

对应到杰弗里·r·朗

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有利益竞争。

同行评审

同行评审信息

自然感谢Hiroshi Kitagawa和其他匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。

额外的信息

出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。

补充信息

补充信息

该文件包含补充图1-37和表1-4。

权利和权限

根据与作者或其他权利持有人签订的出版协议,自然或其许可方(例如,社会或其他合作伙伴)对本文拥有排他性权利;作者对这篇文章接受的手稿版本的自我存档仅受此类出版协议的条款和适用法律的约束。

转载及权限

关于本文

通过CrossMark验证货币和真实性

引用本文

施耐德,B.E.R,特克列维奇,a.b.,古川,H。et al。配合NH的配体插入机制3.在金属有机框架中捕获。自然613, 287-291(2023)。https://doi.org/10.1038/s41586-022-05409-2

下载引用

  • 收到了

  • 接受

  • 发表

  • 发行日期

  • DOIhttps://doi.org/10.1038/s41586-022-05409-2

评论

通过提交评论,您同意遵守我们的条款而且社区指导原则.如果您发现一些滥用或不符合我们的条款或指导方针,请标记为不适当。

搜索

快速链接

自然简报

报名参加自然简报时事通讯-什么重要的科学,免费到您的收件箱每天。

获取当天最重要的科学故事,免费在您的收件箱。 注册《自然简报》
Baidu
map