A bimetallic Be/Cu pillared-layered porous coordination polymer for selective CO2 removal via adsorption

Abstract

The removal of carbon dioxide from gas mixtures via adsorption is of utmost importance to mitigate global warming and for air purification in confined spaces. New combinations of chemical species and topologies can be incorporated into porous coordination polymers (PCPs) to develop novel functional adsorbents. In this work, an adaptation of the metalloligand two-step approach was demonstrated as an effective method to construct a new bimetallic beryllium/copper pillared-layered PCP reported for the first time. The resulting compound [Cu2(pzdc)2(Be(pyac)2)]n [pzdc: pyrazine-2,3-dicarboxylate; Be(pyac)2: Bis[3-(4-pyridyl)pentane-2,4-dionato]beryllium(II)] was characterized by elemental analysis, Rietveld refinement of powder X-ray diffraction data, textural properties, and thermal stability. The new compound has an estimated BET surface area of about 284 m2 g-1 and is stable to about 250 °C. The heterometallic Cu/Be pillared PCP was probed to have the ability to strongly interact with CO2 molecules, evidenced by larger heat of adsorption (41 kJ mol-1) and IAST selectivity >60 for separating CO2/N2 (15:85) mixtures at 25 °C and 1 atm, compared to similar but monometallic PCPs. It is finally proposed that bimetallic synergy may prove useful in future syntheses of specific gas adsorbents.

La remoción de dióxido de carbono de las mezclas de gases mediante adsorción es de suma importancia para mitigar el calentamiento global y para la purificación del aire en espacios confinados. La incorporación de nuevas combinaciones de especies químicas y topologías en polímeros de coordinación porosos (PCP) permite desarrollar nuevos adsorbentes funcionales. En este trabajo, se demostró que una adaptación del enfoque de dos pasos de metaloligando es un método eficaz para construir un nuevo PCP bimetálico de berilio/cobre con capas de pilares. El compuesto resultante [Cu2(pzdc)2(Be(pyac)2)]n [pzdc: pirazina-2,3-dicarboxilato; Be(pyac)2: Bis[3-(4-piridil)pentano-2,4-dionato]berilio(II)] se caracterizó mediante análisis elemental, refinamiento Rietveld de datos de difracción de rayos X de polvo, propiedades texturales y estabilidad térmica . El nuevo compuesto tiene una superficie BET estimada de unos 284 m2 g-1 y es estable a unos 250 °C. Se demostró que el PCP con pilares de Cu/Be hetero metálico tiene la capacidad de interactuar fuertemente con moléculas de CO2 evidenciado por un mayor calor de adsorción (41 kJ mol-1) y una selectividad IAST >60 para separar mezclas de CO2/N2 (15:85) a 25 °C y 1 atm, en comparación con PCP similares, pero mono metálicos. Finalmente, se propone que la sinergia bimetálica puede resultar útil en futuras síntesis de adsorbentes de gases específicos.