Angew. Chem. :氟化MOF基六氟丙烷纳米阱,可高效纯化八氟丙烷电子特种气体

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八氟丙烷(C3F8)作为含氟电子特种气体之一,因其良好的化学和热稳定性、较低的大气寿命和更有效的蚀刻/清洗性能而广泛应用于半导体和集成电路制造领域。然而工业上C3F8的生产通常伴随着六氟丙烯(C3F6)杂质。由于C3F8和C3F6具有非常相似的物理和化学性质,以及接近的分子尺寸,生产高纯度的C3F8充满挑战性。


为了解决这一难题,天津工业大学仲崇立/黄宏亮团队发表文章,提出了氟化孔隙工程策略,通过在笼状孔的MOF孔窗口处引入氟化基团,实现了C3F6/C3F8的高效分离并解决了吸附容量和选择性的权衡问题。



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作者将疏水三氟甲基引入具有较大孔笼的母体MOF (Zn-bzc) 的孔窗口处,得到三氟甲基修饰的Zn-bzc-CF3 材料。与原始的Zn-bzc材料相比,引入的-CF3基团显著降低了Zn-bzc-CF3的孔径。

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由于引入的-CF3基团可以创造疏水的微环境,从而大大提高了Zn-bzc-CF3材料的化学稳定性。气体吸附实验表明,Zn-bzc对C3F8和C3F6均有明显的共吸附现象(图3d)。然而Zn-bzc-CF3 对C3F8仍几乎不吸附,但可以有效的吸附C3F6,从而表现出理想的分子筛分分离。穿透实验结果表明,Zn-bzc-CF3对C3F8和C3F6混合组分离表现出优异的分离效果。

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通过DFT计算,作者进一步揭示了具有分子筛效应的详细机理。在优化的最优构型中,C3F6优先位于Zn-bzc-CF3空腔的角落,结合能为32.9 kJ mol-1。被吸附的C3F6分子与锌团簇和吡唑环及吡唑环上的-CF3基团形成多点相互作用。

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作者提出了氟化孔隙工程策略,实现了C3F6/C3F8的高效分离。通过在笼状孔结构的Zn-bzc材料孔窗口处引入氟化基团,不仅提供了合适的孔窗口尺寸,实现了C3F6/C3F8的分子筛分分离,而且氟化基团能够与C3F6分子形成F···F相互作用,强化了C3F6亲和力。此外,氟化孔隙工程可以创造疏水微环境,使Zn-bzc-CF3 MOF具有较高的化学稳定性和吸附循环再生性能,从而具有良好的应用前景。

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



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