开创性的 Kr/Xe 分离：第一种 Kr 选择性材料的诞生

从 Kr/Xe 混合物中有效分离 Kr 在核废料管理和暗物质研究中至关重要。到目前为止，科学家们遇到了一个艰巨的挑战：缺乏一种能够在室温下选择性地吸附 Kr 而不是 Xe 的材料。本研究提出了著名的金属有机框架 （MOF） CuBTC 的开创性转变，该框架之前因其 Xe 吸附亲和力而得到认可，现已成为无与伦比的 Kr 选择性吸附剂。这一成就源于一种创新的致密化方法，该方法涉及 MOF 的系统压缩，其中晶体尺寸、颗粒间相互作用、缺陷和疏散条件得到协同调节。所得的致密 CuBTC 固定相表现出卓越的机械弹性、耐辐射性，并且在室温下对 Kr 的选择性优于 Xe 具有前所未有的选择性。模拟和实验动力学扩散研究证实，致密 MOF 中的气体扩散减少，这归因于其小孔隙窗口和最小的颗粒间空隙。较轻的 Kr 元件在材料内表现出简单的表面通道和较高的扩散率，而较重的 Xe 元件则更难进入材料并降低扩散率。这种 Kr 选择性 MOF 不仅代表了 Kr 分离的重大突破，而且还表现出卓越的可加工性和可放大至公斤级的可扩展性。本文提出的研究结果强调了工程化 MOF 在应对复杂挑战方面的变革潜力，预示着 Kr 分离技术的新时代。

服务对象 ： 伊利诺伊理工学院
发表时间： 2024 年 4 月 22 日
发表期刊： ACS Applied Materials & Interfaces
文章链接： https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.4c01833