Single-Crystal Membrane for Anisotropic and Efficient Gas Permeation

Abstract

Development of gas separation materials has been one of the basic requirements of industry. Microporous materials have adequate pores for gas separation and have contributed to the advancement of gas purification techniques. Because the simplest and most economical method would be membrane separation, various microporous membranes have been prepared and explored for their separation properties. However, a key issue remains as to how to generate defect-free membranes with practical gas permeance. Here we report the preparation of a well-oriented single-crystal membrane with high permeance by using a flexible single crystal of [Cu(2)(bza)(4)(pyz)](n) possessing one-dimensional (1D) penetration channels; this membrane exhibits anisotropic gas permeation through the 1D channels with high permselectivity for H(2) and CO(2). Although the diameter of the neck of the narrow channels is smaller than the kinetic diameters of the sample gases, various gases pass through the 1D channels. This report provides a new way of developing gas permeation membranes as sophisticated crystal devices for gas purification techniques.

Controlled synthesis of concave cuboctahedral nitrogen-rich metal–organic framework nanoparticles showing enhanced catalytic activation of epoxides with carbon dioxide

“…[26][27][28][29] On account of anisotropic property of crystallized MOFs, the diversity in the pore structures as well as variable density of open meal sites and functional groups along different directions may lead to distinct catalytic properties. [30][31][32][33][34] Therefore, well-designed MOF nanocrystals with appropriate shapes were expected to exhibit high catalytic efficiency. In the last decade, different methods were developed to synthesize nanomaterials (mainly metal and metal oxide) with different shapes.…”

Metal–Organic Framework Thin Films: Crystallite Orientation Dependent Adsorption

“…separation have attracted attention for energy and environmental technologies. [6] Nevertheless, this study on one single crystal may have limited importance for direct applications since it is challenging to grow large single crystals of MOFs. Like other kinds of porous materials such as carbon, [2] zeolites, [3] and silica films, [4] MOFs provide interesting potential for selective adsorption and separation at the molecular level because of their pore structures and sizes which can be precisely controlled at the molecular level.…”

Enantiomerenreine Dünnschichten auf der Basis Metall‐organischer Gerüste: orientiertes Wachstum von SURMOFs und enantioselektive Adsorption

“…[9] Hier werden nun das LPE-Wachstum von [{Zn 2 ((+)cam) 2 (dabco)} n ] ((+)cam = (1R,3S)-(+)-Camphersäure, dabco = 1,4-Diazabicyclo(2.2.2)octan) und die Verwendung dieses ersten Beispiels einer enantiomerenreinen SURMOF-Struktur für die direkte Messung der Adsorption eines enantiomeren Gastmolekülpaares mithilfe einer QCM beschrieben. Die Analyten (2R,5R)-2,5-Hexandiol (R-HDO) und (2S,5S)-2,5-Hexandiol (S-HDO) werden dabei gasfçrmig (unter Strçmungsbedingungen) vorgelegt.Mikrokristalline MOF-Pulver wurden bereits früher als stationäre Phasen in der Gas- [10] und Flüssigphasenchromatographie [11] untersucht. Über die in diesem Zusammenhang durchgeführten theoretischen und experimentellen Untersuchungen der Diffusion in MOF-Einkristallen wurde bereits berichtet.…”

“…[14] Wegen ihrer hohen Porosität, funktionalen Diversität, Flexibilität und ihrer Grçßen-und Formselektivität gelten enantiomerenreine MOFs als vielversprechende Materialien für die Trennung von Enantiomeren. [1,10] Es wird erwartet, dass MOFs andere porçse Materialien in ihren Eigenschaften deutlich übertreffen werden. Die Zielsetzung der hier beschriebenen Arbeiten ist die Herstellung enantiomerenreiner SURMOFs über LPE-Wachstum, um im weiteren Verlauf enantioselektive Adsorptionen an gut definierten MOF-Schichten detailliert untersuchen zu kçnnen.Frühere Arbeiten unserer Gruppe [6] haben gezeigt, dass schichtbasierte Mehrkomponenten-MOFs der allgemeinen Formel [{M 2 L 2 P} n ] (M= Cu 2+ , Zn 2+ ; L= Dicarboxylat-Linker; P = Distickstoffsäulenligand) [15] sich gut für ein schrittweises LPE-Wachstum eignen.…”