金属オーガニックフレームワークにおける協同NH3キャプチャのためのリガンド挿入メカニズム

アンモニアは、Haber-Bosch Process1を介して大規模に生産される農業と産業における重要な化学物質です1。メタンを燃料として使用し、水素に原料を使用するこのプロセスの環境への影響は、より持続可能なアンモニア生産の必要性を動機付けています2-5。ただし、再生可能水素を使用する多くの戦略は、アンモニア分離の既存の方法と互換性がありません6-9。高い表面領域と構造的および化学的汎用性を考えると、金属有機フレームワーク（MOF）はアンモニア分離の可能性を保持しますが、ほとんどのMOFSは、この腐食性ガス10,11への暴露時にアンモニアを不可逆的に、または劣化させます。ここでは、金属カルボン酸塩結合に協調的な挿入によってアンモニアを可逆的に結合して、密集した1次元調整ポリマーを形成する調整可能な3次元フレームワークを報告します。この異常な吸着メカニズムは、かなりの固有の熱管理12を提供し、高い圧力と温度では、協調的なアンモニアの摂取は大きな作業能力を生じさせます。アンモニア吸着のしきい値圧力は、単純な合成修飾により、ほぼ5桁の標準的な圧力をさらに調整し、エネルギー効率の高いアンモニア吸着剤の開発のためのより広範な戦略を指し示すことができます。

Ammonia is a critical chemical in agriculture and industry that is produced on a massive scale via the Haber-Bosch process1. The environmental impact of this process, which uses methane as a fuel and feedstock for hydrogen, has motivated the need for more sustainable ammonia production2-5. However, many strategies that use renewable hydrogen are not compatible with existing methods for ammonia separation6-9. Given their high surface areas and structural and chemical versatility, metal-organic frameworks (MOFs) hold promise for ammonia separations, but most MOFs bind ammonia irreversibly or degrade on exposure to this corrosive gas10,11. Here we report a tunable three-dimensional framework that reversibly binds ammonia by cooperative insertion into its metal-carboxylate bonds to form a dense, one-dimensional coordination polymer. This unusual adsorption mechanism provides considerable intrinsic thermal management12, and, at high pressures and temperatures, cooperative ammonia uptake gives rise to large working capacities. The threshold pressure for ammonia adsorption can further be tuned by almost five orders of magnitude through simple synthetic modifications, pointing to a broader strategy for the development of energy-efficient ammonia adsorbents.