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科研动态

西安交大科研人员在电子气体分离研究领域取得重要进展

来源:       时间:2022-06-19      点击量:

六氟化硫(SF6)作为一种电子气体,具有良好的化学稳定性、耐腐蚀性和电绝缘性,在半导体、电力设备、航空航天、金属加工、医疗等领域应用广泛。但六氟化硫也是《联合国气候变化框架公约》中重点控制的温室气体之一,它的温室效应是二氧化碳的22800倍,《京都议定书》将其列为六大温室气体之一。各行业中使用的六氟化硫仅有一小部分被回收利用,大部分被直接排放到空气中,因此六氟化硫气体的高效回收与减弱其直接排放所导致的温室效应,具有重要的实际意义。

针对上述问题,西安交通大学化工学院杨庆远教授课题组开发了系列具有不同孔结构的金属-有机框架(MOF)材料,用于六氟化硫的捕获。研究表明,具有一维纳米孔道且孔尺寸与SF6分子动力学直径相近的MOF材料具有良好的六氟化硫捕获效果。MOF材料Ni(ina)2的孔径为0.6 nm,和SF6的分子大小(0.52 nm)非常匹配,因此该材料表现出优良的六氟化硫捕获效果,Ni(ina)2在298K(0.1 bar)下的SF6吸附量为2.39 mmol/g,其SF6/N2分离比高达375。理论模拟计算和单晶结构解析表明Ni(ina)2框架和六氟化硫分子之间存在较强的作用力,可以从低浓度SF6-N2混合气中选择性地捕获六氟化硫分子。动态突破实验也进一步表明Ni(ina)2具有良好的SF6/N2实际分离效果,该工作为工业上含氟电子气体的捕获提供了思路。

相关成果以“金属-有机框架(MOFs)的孔结构调控用于捕获温室气体SF6并具有创记录的分离比”(Pore-Structure Control in Metal–Organic Frameworks (MOFs) for Capture of the Greenhouse Gas SF6 with Record Separation)为题发表在《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed.)上,并被选为热点论文(Hot paper)。该研究工作由西安交通大学化工学院杨庆远团队完成,化工学院为唯一完成单位,博士研究生王少敏为该文章第一作者,杨庆远教授为通讯作者。

该研究工作得到了国家自然科学基金、陕西省“高层次人才引进计划”、 西安交大青年教师跟踪支持计划、西安交通大学青年拔尖人才计划等项目资助。表征及测试工作得到西安交通大学分析测试共享中心和化工学院分析测试中心的支持。

论文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202207066

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