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Xue WL, Kolodzeiski P, Aucharova H, Vasa S, Koutsianos A, Pallach R, Song J, Frentzel-Beyme L, Linser R, Henke S. Highly porous metal-organic framework liquids and glasses via a solvent-assisted linker exchange strategy of ZIF-8. Nat Commun 2024; 15:4420. [PMID: 38789474 PMCID: PMC11126584 DOI: 10.1038/s41467-024-48703-5] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 03/11/2024] [Accepted: 05/07/2024] [Indexed: 05/26/2024] Open
Abstract
By combining the porosity of crystalline metal-organic frameworks (MOFs) with the unique processability of the liquid state, melt-quenched MOF glasses offer exciting opportunities for molecular separation. However, progress in this field is limited by two factors. Firstly, only very few MOFs melt at elevated temperatures and transform into stable glasses upon cooling the corresponding MOF liquid. Secondly, the MOF glasses obtained thus far feature only very small porosities and very small pore sizes. Here, we demonstrate solvent-assisted linker exchange (SALE) as a versatile method to prepare highly porous melt-quenched MOF glasses from the canonical ZIF-8. Two additional organic linkers are incorporated into the non-meltable ZIF-8, yielding high-entropy, linker-exchanged ZIF-8 derivatives undergoing crystal-to-liquid-to-glass phase transitions by thermal treatment. The ZIF-8 glasses demonstrate specific pore volumes of about 0.2 cm3g-1, adsorb large amounts of technologically relevant C3 and C4 hydrocarbons, and feature high kinetic sorption selectivities for the separation of propylene from propane.
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Affiliation(s)
- Wen-Long Xue
- Anorganische Chemie, Fakultät für Chemie und Chemische Biologie, Technische Universität Dortmund, Otto-Hahn Straße 6, 44227, Dortmund, Germany
| | - Pascal Kolodzeiski
- Anorganische Chemie, Fakultät für Chemie und Chemische Biologie, Technische Universität Dortmund, Otto-Hahn Straße 6, 44227, Dortmund, Germany
| | - Hanna Aucharova
- Physikalische Chemie, Fakultät für Chemie und Chemische Biologie, Technische Universität Dortmund, Otto-Hahn-Straße 4a, 44227, Dortmund, Germany
| | - Suresh Vasa
- Physikalische Chemie, Fakultät für Chemie und Chemische Biologie, Technische Universität Dortmund, Otto-Hahn-Straße 4a, 44227, Dortmund, Germany
| | - Athanasios Koutsianos
- Anorganische Chemie, Fakultät für Chemie und Chemische Biologie, Technische Universität Dortmund, Otto-Hahn Straße 6, 44227, Dortmund, Germany
| | - Roman Pallach
- Anorganische Chemie, Fakultät für Chemie und Chemische Biologie, Technische Universität Dortmund, Otto-Hahn Straße 6, 44227, Dortmund, Germany
| | - Jianbo Song
- Anorganische Chemie, Fakultät für Chemie und Chemische Biologie, Technische Universität Dortmund, Otto-Hahn Straße 6, 44227, Dortmund, Germany
| | - Louis Frentzel-Beyme
- Anorganische Chemie, Fakultät für Chemie und Chemische Biologie, Technische Universität Dortmund, Otto-Hahn Straße 6, 44227, Dortmund, Germany
| | - Rasmus Linser
- Physikalische Chemie, Fakultät für Chemie und Chemische Biologie, Technische Universität Dortmund, Otto-Hahn-Straße 4a, 44227, Dortmund, Germany
| | - Sebastian Henke
- Anorganische Chemie, Fakultät für Chemie und Chemische Biologie, Technische Universität Dortmund, Otto-Hahn Straße 6, 44227, Dortmund, Germany.
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