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三种含氮官能团分子笼吸附SO2气体的介绍(亚胺笼CC3、仲胺笼RCC3、叔胺笼6FT-RCC3)
发布时间:2021-07-13     作者:axc   分享到:

西安齐岳生物分别介绍含有三种不同的含氮官能团:CC3(亚胺笼),RCC3(仲胺笼)和6FT-RCC3(叔胺笼),这三种分子笼的氮原子密度高,且具有相同构型,并在固态下具有几乎相同的尺寸、形状和填充模式(图1)。

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图1 多孔有机笼CC3、RCC3和FT-RCC3的晶体结构和化学结构(C:灰;N:蓝)。

1.亚胺笼CC3

由SO2吸附等温曲线可知(图2),在1bar和298K下,CC3的SO2吸收量为2.78mmol·g-1。这是一个**的I型等温线,吸附与解吸曲线完全重合,说明没有滞后现象,表明该过程为物理吸附,吸附过程具有可逆性。但CC3对SO2的吸附能力较差,不足以与各种稳定的MOF匹敌。


2.仲胺笼RCC3

由SO2吸附等温曲线可知(图2),在该条件下,RCC3的SO2吸收量为12.34 mmol·g-1,相比于CC3,其吸收能力明显增强,与目前用于该应用性能良好的MOF材料相当。RCC3的SO2吸附等温线形成了滞后环,这表明该笼RCC3的可逆性有限,推测可能为化学吸附。


3.叔胺笼6FT-RCC3

由SO2吸附等温曲线可知(图2),在相同条件下,6FT-RCC3获得了高的SO2吸附量,达13.68 mmol·g-1,仅落后于这三种基准MOF。6FT-RCC3的BET表面积为396 m2g-1,而上述三种基准MOF均超过2000 m2g-1,因此说明,笼6FT-RCC3对SO2的吸附能力极具优势。此外,还发现,6FT-RCC3在低SO2压力下也有较好的SO2吸附能力,其性能明显优于多种多孔材料。这种在低SO2分压下的**吸收也体现了利用叔胺笼6FT-RCC3捕获痕量SO2的可能性。6FT-RCC3是I型等温线,具有中等程度的滞后现象。6FT-RCC3和RCC3滞后现象归因于自身的分子柔性,会产生溶胀效应,从而形成滞后环。

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图2 298K和1bar下,CC3(蓝)、RCC3(绿)和6FT-RCC3(红)的SO2吸附等温线。实心:吸附,空心:解吸。        

综上所述,具有很强的SO2吸附能力和可逆性的多孔有机笼(POC),根据综合实验和计算结果,三种笼具有非常**的SO2吸附行为,这归因于它们不同的胺基官能团以及在固态中的堆积模式(图3):(1)亚胺笼CC3表现出中等且可逆的SO2吸附,为物理吸附;

(2)仲胺笼RCC3表现出较高但不可逆的SO2吸附,为化学吸附;叔胺笼6FT-RCC3表现出很高的SO2吸附能力(平均每个分子笼包裹16.4个SO2分子,SO2吸附容量非常高),且具有良好的可逆性,可进行至少50次吸附-解吸循环。特别地,6FT-RCC3低分压下的高吸收表明其可能用于痕量SO2的吸附。并通过FT-IR光谱、13C CP-MAS核磁共振实验和理论计算证实,这三种笼具有不同的SO2吸附性能,这归因于它们对SO2的吸附亲和力不同。与许多MOF和其他框架不同,结晶度的损失并不一定意味着笼型材料孔隙率的降低。再加上良好的加工性选择和被证实的合成可扩展性,因而6FT-RCC3分子笼材料是一类非常有潜力的SO2气体吸附材料。

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图3 多孔有机笼对SO2吸附的三种类型。

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细胞膜包裹聚多巴胺纳米粒(细胞膜仿生)

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