Cu（II） - カルボキシレートフレームワーク材料における二酸化硫黄の吸着：リガンド機能化とオープンメタルサイトの役割

二酸化硫黄（SO2）の効率的な吸着剤材料の開発は、産業上の重要な関心事です。ただし、SO2の腐食性のため、従来の多孔質材料は、しばしば可逆性が低く、SO2収着に限られた取り込みを示します。ここでは、一連のCu（II） - カルボン酸ベースの金属有機フレームワーク材料におけるSO2の高い吸着を報告します。SO2吸着の取り込みと可逆性に対するリガンド機能化とオープン金属部位の影響について説明します。具体的には、MFM-101およびMFM-190（f）は、それぞれ298 Kおよび1 barで18.7および18.3 mmol G-1の顕著な容量で完全に可逆的なSO2吸着を示します。前者は、これまでに報告されているすべての多孔質固形物の中で、周囲条件下でSO2の最も高い可逆的摂取を表しています。in situ中性子粉末回折とシンクロトロン赤外線顕微鏡視覚鏡検査により、吸着SO2分子の結合ドメインと宿主ゲスト結合ダイナミクスの直接的な視覚化が可能になります。オープンCu（II）部位とリガンド機能化の組み合わせと、金属リガンドケージのサイズとジオメトリがSO2結合の強化に不可欠な役割を果たすことがわかりました。

The development of efficient sorbent materials for sulfur dioxide (SO2) is of key industrial interest. However, due to the corrosive nature of SO2, conventional porous materials often exhibit poor reversibility and limited uptake toward SO2 sorption. Here, we report high adsorption of SO2 in a series of Cu(II)-carboxylate-based metal-organic framework materials. We describe the impact of ligand functionalization and open metal sites on the uptake and reversibility of SO2 adsorption. Specifically, MFM-101 and MFM-190(F) show fully reversible SO2 adsorption with remarkable capacities of 18.7 and 18.3 mmol g-1, respectively, at 298 K and 1 bar; the former represents the highest reversible uptake of SO2 under ambient conditions among all porous solids reported to date. In situ neutron powder diffraction and synchrotron infrared microspectroscopy enable the direct visualization of binding domains of adsorbed SO2 molecules as well as host-guest binding dynamics. We have found that the combination of open Cu(II) sites and ligand functionalization, together with the size and geometry of metal-ligand cages, plays an integral role in the enhancement of SO2 binding.