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背景介紹

圖文解析

要點：圖1a顯示在1atm下，ZJU-620(Al)在273 K時的CO₂吸附量為6.02 mmol/g，在298 K時的CO₂吸附量為4.25 mmol/g，ZJU-620(Al)在273 K和298 K時，CO₂的吸附量分別是N₂的6.92倍和11.18倍，具有優異的CO₂/N₂分離能力。圖1b顯示ZJU-620(Al)在298K和101kPa下的CO₂吸附量大于大多數報道的多孔材料，如3D石墨烯(2.28 mmol/g)、沸石-13X(1.65 mmol/g)、PAF-48 (2.02 mmol/g)、 PCN-250(Fe₃) (3.02 mmol/g)、MIL-100(Cr) (2.45 mmol/g)、和CAlF-20 (4.07 mmol/g)。ZJU-620(Al)具有優異的CO₂吸附性能，可歸因于其1347 m² /g的高比表面積和0.74 ~ 1.02 nm范圍內合適的孔徑，與CO₂分子形成了較強的親和力。

要點：圖2a和2b顯示，通過GCMC模擬，ZJU-620(Al)上存在兩種類型的CO₂吸附位點，即靠近AlO₆簇的位點I和TMTA配體的兩個平行芳香環之間的位點II。計算得到的ZJU-620(Al)上CO₂勢場的切片表明，CO₂分子更傾向于吸附在位點II(圖2a)，特別是在低壓下，這可能是由于CO₂的高亨利系數。隨著壓力的增加，CO₂分子吸附在位點I(圖2b)，這是因為CO₂分子通過弱O···C_CO2 vdW相互作用與來自AlO₆簇的氧原子相互作用。圖2c表明兩個平行芳香環之間的理想吸附距離(D_par)約為6.64 ?，因為在D_par為6.64 ?時CO₂的吸附量高于其他距離。ZJU-620(Al)具有優異的CO₂吸附能力，很大程度上歸因于平行芳香環之間額外的CO₂吸附位點II。

要點：通過IAST模型計算，ZJU-620(Al)對CO₂/N₂(15/85)混合物的吸附選擇性隨著壓力的增加而降低(圖3a)。ZJU-620(Al)在273 K和298 K下對CO₂/N₂(15/85)的選擇性分別為107.20和31.93。CO₂/N₂(15/85)混合物的穿透性實驗進一步證明，ZJU-620(Al)由于吸附固定床的N₂洗脫，具有優異的CO₂/N₂分離能力，且純度較高(圖3b)。當相對濕度從0增加到80%時，ZJU-620(Al)的CO₂ 穿透時間變化不大(從145.20 s降低到141.50 s)， CO₂吸附動態變化也不大，具有優異的防潮能力。由CO₂/N₂穿透曲線可知，ZJU-620(Al)上CO₂/N₂(15/85)混合物的分離因子為13.68。這些結果表明，ZJU-620(Al)是一種潛在的吸附CO₂/N₂混合物中CO₂的吸附劑。

要點：圖4a的水蒸氣吸附等溫線表明ZJU-620(Al)優異的防潮能力是因為其疏水性，在P/P₀=0.70之前，吸水量小于0.55 mmol/g，屬于低壓區吸水量很低的V型等溫線。圖4b的PXRD圖也證實了ZJU-620(Al)框架具有優異的濕穩定性，在80% RH條件下，合成的ZJU-620(Al)與動態吸附實驗后的ZJU-620(Al)樣品無明顯差異。

要點：在100kPa的水勢場中觀察到(圖5a)，水分子在AlO₆團簇附近被大量吸附。由于TMTA配體的疏水甲基，水分子幾乎沒有占據ZJU-620(Al)上可用于CO₂吸附的位點II(圖5a)，與計算的CO₂勢場切片(圖2a)相比，這解釋了ZJU-620(Al)具有高達80% RH的出色CO₂吸附(圖3b)。通過GCMC模擬ZJU-620(Al)在298 K和1 atm下CO₂和水的多組分競爭吸附，可以觀察到每個CO₂分子在位點I通過O··C_CO2 vdW相互作用與AlO₆簇相互作用，距離為3.53?3.54 ?(圖5b，藍線)，而在位點II通過范德華(vdW)相互作用與平行苯環相互作用，距離為3.31?3.57 ?(圖5c，綠線)。水分子通過極性相互作用優先與AlO₆簇配合，距離為4.15 ?(圖5b，橙色線)，在高壓下會占據少量CO₂吸附位點。此外，吸附的水分子可以通過距離為2.75 ?的C=O···H與二氧化碳分子相互作用（圖5b，紫色線），促進框架對二氧化碳的吸附親和力。因此，ZJU-620(Al)具有優異的防潮能力和對CO₂分子的吸附親和力。

總結與展望

Link：https://doi.org/10.1021/acsami.3c10086