La unión reversible de CO permite la separación sintonizable de CO/H2 y CO/N2 en marcos metálico-orgánicos con...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
• Química Inorgánica La Química Inorgánica es la química inorgánica.
• Química Física es la química física.

Sus antecedentes:

• Las estructuras metálicas orgánicas (MOF) son materiales cristalinos porosos con propiedades sintonizables.
• El monóxido de carbono (CO) es un gas industrial crítico que requiere tecnologías de separación eficientes.

Objetivo del estudio:

• Para investigar las capacidades de unión de CO de seis estructuras M2 ((dobdc) metal-orgánicas.
• Caracterizar las interacciones estructurales y electrónicas entre el CO y los centros metálicos.
• Evaluar el potencial de estos MOF para aplicaciones de separación de CO.

Principales métodos:

• Síntesis y caracterización estructural de seis MOFs.
• Espectroscopia infrarroja para estudiar la coordinación de CO y las interacciones electrónicas.
• Cristalografía de rayos X para determinar las distancias y ángulos de enlace M-CO.
• Cálculos de la Teoría Funcional de Densidad (DFT) para el análisis de la estructura electrónica.
• Mediciones isotérmicas de adsorción de gas para cuantificar la absorción de CO y los calorías de adsorción.
• Teoría de la solución adsorbida ideal (IAST) para los cálculos de selectividad.

Principales resultados:

• Las seis estructuras M2 ((dobdc) exhiben una unión reversible de CO a altas capacidades.
• La espectroscopia infrarroja muestra frecuencias de estiramiento de C-O desplazadas al azul, lo que indica interacciones no clásicas entre metal y CO.
• Los datos cristalográficos revelan diferentes distancias M-CO y ángulos M-C-O en toda la serie.
• Los cálculos de DFT se correlacionan bien con las tendencias espectroscópicas y estructurales experimentales.
• Las capacidades de adsorción de CO se aproximan a un CO por sitio metálico en las estructuras de Fe, Co y Ni.
• Los calores isostéricos de adsorción siguen el orden de Irving-Williams, con Ni > Co > Fe > Mg > Mn > Zn.

Conclusiones:

• Los marcos M2 ((dobdc) demuestran un potencial significativo como adsorbentes sólidos para la separación de CO.
• Estos MOF pueden reemplazar potencialmente la destilación criogénica de alta energía para la purificación de CO.
• La elección del catión metálico (M) influye en la energía de regeneración del adsorbente y la pureza del gas.
• Este estudio presenta los primeros compuestos carbonílicos de Mg y Zn caracterizados cristalográficamente y las especies carbonílicas M ((II) de alto espín para M = Mn, Fe, Co, Ni.