Mejora de la capacidad de adsorción de CO2 de ZIF

Jul 18, 2023

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 17584 (2023) Citar este artículo

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Las estructuras organometálicas (MOF) y las estructuras de imidazolato zeolítico (ZIF) son materiales porosos prometedores para la adsorción y el almacenamiento de gases de efecto invernadero, especialmente CO2. En este estudio, guiados por el diagrama de fases del CO2, exploramos el comportamiento de adsorción del CO2 sólido cargado con una estructura ZIF-8 calentando la muestra a altas presiones, lo que resulta en una mejora drástica en la absorción de CO2. El comportamiento del CO2 en condiciones simultáneas de alta temperatura (T) y presión (P) se monitorea directamente mediante espectroscopía FTIR in situ. La notable mejora en la capacidad de adsorción de CO2 observada se puede atribuir al efecto sinérgico de T y P altas: la temperatura alta mejora en gran medida la propiedad de transporte de CO2 sólido al facilitar su difusión en la estructura; la alta presión modifica eficazmente el tamaño y la forma de los poros cambiando la orientación del enlazador y creando nuevos sitios de adsorción dentro de ZIF-8. Por lo tanto, nuestro estudio proporciona nuevos conocimientos importantes sobre la capacidad de ajuste y la mejora de la capacidad de adsorción de CO2 en MOF/ZIF utilizando presión y temperatura combinadas como un enfoque sinérgico.

Para abordar los desafíos asociados con el calentamiento global, la captura y almacenamiento de gases de efecto invernadero y especialmente de dióxido de carbono es de fundamental importancia. En comparación con los métodos basados ​​en quimisorción de baja eficiencia energética, los materiales fisiosorbentes sólidos como los carbones activados, las zeolitas, las estructuras organometálicas (MOF) y las estructuras de imidazolato zeolítico (ZIF), que tienen menores capacidades caloríficas y requieren menos energía de regeneración, han atraído cada vez más atención. En particular, los MOF y ZIF como subclase de MOF se han convertido en materiales porosos prometedores para la captura y almacenamiento de gases de efecto invernadero. Estos materiales tienen propiedades únicas, como una superficie muy alta, porosidad bien definida, alta estabilidad química y estructural junto con su modularidad y tamaño/funcionalidad de poro ajustable1,2. Todas estas propiedades presentan un potencial notable para lograr un rendimiento óptimo de captura y almacenamiento de CO2. En la gran familia ZIF, ZIF-8 [Zn(MeIm)2, MeIm = 2-metilimidazolato] es el miembro más conocido. ZIF-8 se construye conectando cada ion de zinc de forma tetraédrica a cuatro ligandos de metilimidazolato individuales. Tiene una topología de sodalita (SOD) que contiene jaulas con un diámetro de 11,6 Å y una apertura de jaula de 3,4 Å (Figura complementaria S1)3. Estos parámetros específicos hacen que ZIF-8 exhiba una excelente capacidad de adsorción hacia pequeñas moléculas de gas con diámetros cinéticos apropiados4, cuyas propiedades estructurales y rendimiento de adsorción de gases, incluido el CO2, se han estudiado ampliamente en la última década en condiciones ambientales, altas presiones externas y bajas temperaturas por métodos experimentales y computacionales5,6,7,8.

Son de particular interés las investigaciones recientes sobre el efecto de la presión en diferentes clases de MOF, que revelaron comportamientos estructurales altamente diversificados9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20. Entre estos, los ZIF y especialmente el ZIF-8 bajo alta presión externa se han examinado exhaustivamente21,22,23,24,25,26,27,28. Más importante aún, varios estudios han demostrado que la aplicación de alta presión externa puede ajustar efectivamente la capacidad de almacenamiento de CO2 en MOF/ZIF8,29,30,31,32. Esto se debe a que la presión externa puede cambiar la topología de la estructura MOF/ZIF, alterar el tamaño y la forma de los poros, mejorar las interacciones huésped-huésped entre la estructura y el CO2 adsorbido e incluso crear nuevos sitios de adsorción, lo que lleva a una mayor capacidad de adsorción de CO2. Sin embargo, a temperatura ambiente, la solidificación del CO2 se produce a una presión superior a 0,6 GPa33. Este cambio de fase del CO2 limita severamente una mayor inserción de CO2 en las cavidades de ZIF-8 a presiones más altas, ya que el CO2 sólido es inmóvil y no difundible. Este problema puede solucionarse si se calienta una mezcla de CO2 sólido y ZIF-8 a una temperatura a la que se movilice el CO2 sólido existente fuera del ZIF-8, de modo que se pueda presionar un número significativamente mayor de moléculas de CO2 en la estructura de los ZIF mediante presión. Más importante aún, la información estructural detallada, la estabilidad de presión y temperatura, así como las propiedades de adsorción de CO2 en ZIF-8 establecidas en estudios previos, permiten comprender el posible efecto sinérgico de alto P y alto T en la adsorción de CO2 en ZIF-8. En este trabajo, utilizando el diagrama de fases de CO233 como guía y la espectroscopía IR in situ como herramienta, examinamos el comportamiento de adsorción de CO2 de ZIF-8 en una celda de yunque de diamante (DAC) aplicando simultáneamente alta temperatura y presión. Hasta donde sabemos, este es el primer informe que investiga el comportamiento de la ingesta de CO2 en condiciones simultáneas de alta P y alta T para MOF y especialmente para ZIF-8. Nuestros resultados muestran claramente que, en condiciones altas de P – T cuidadosamente controladas, la absorción de CO2 de ZIF-8 aumenta drásticamente, lo que lo convierte en un material prometedor para el almacenamiento de CO2.

Un espectro IR típico de una mezcla de CO2 y ZIF-8 activado (vacío) cargado en un DAC (en lo sucesivo denominado CO2/ZIF-8) bajo presión (por ejemplo, 1,02 GPa) junto con el espectro de ZIF-8 activado es como se muestra en la Fig. 1. La observación de modos fundamentales de CO2 muy fuertes, ν2 y ν3, confirma que el CO2 se cargó con éxito en el DAC. Sin embargo, estos picos son demasiado intensos y saturados, lo que impide un mayor análisis de los datos. Como se muestra en el trabajo bibliográfico34,35, en tal situación, dos modos de combinación de CO2, (ν3 + ν2) y (ν3 + ν1) observados alrededor de 3600 y 3710 cm-1 en los espectros IR pueden usarse de manera más efectiva para monitorear la Comportamiento del CO2 adsorbido dentro de una estructura porosa29,30. Vale la pena señalar que a 1,02 GPa, cada modo de combinación se divide en un doblete. La forma y posición del componente de alta frecuencia más nítido para cada modo son casi idénticas a las del CO2 puro, lo que sugiere que se debe al CO2 fuera del marco ZIF-8 en fase sólida, mientras que el componente de baja frecuencia más cercano se debe a las moléculas de CO2 que han entrado en el marco de ZIF-8 de forma similar a la observada en otros MOF que informamos anteriormente29,30. La intensidad relativa de estas bandas constituye la base para el análisis cuantitativo de CO2 en diferentes entornos bajo condiciones específicas de presión y temperatura.

Espectros de IR medio de ZIF-8 activado a presión ambiente (azul) y ZIF-8 cargado con CO2 a 1,02 GPa (rojo). El recuadro muestra la comparación entre el ZIF-8 activado (abajo) y cargado con CO2 (arriba) en la región espectral de los modos de combinación de CO2.

Los espectros IR de temperatura variable seleccionados de los modos de combinación de CO2 del CO2 / ZIF-8 recolectados a una presión fija de 0,63 GPa se muestran en la Fig. 2a. A temperatura ambiente, cada modo de combinación presenta dos componentes, lo que indica que las moléculas de CO2 en la cámara de muestra experimentan dos ambientes diferentes. Según el diagrama de fases del CO233, el CO2 que reside fuera del ZIF-8 debería existir como un sólido cristalino. Como se mencionó anteriormente, el componente agudo de alta frecuencia de cada modo combinado se origina en el CO2 sólido fuera del marco ZIF-8. Las moléculas de CO2 adsorbidas dentro de la estructura de ZIF-8, por otro lado, dan lugar al componente más amplio de baja frecuencia. A 36 °C, los componentes de alta frecuencia de los modos (ν3 + 2ν2) y (ν3 + ν1) se vuelven menos intensos, mientras que el componente de baja frecuencia de cada modo se vuelve más amplio, lo que sugiere que el CO2 sólido que reside fuera del marco sufre una transición de sólido a fluido a la temperatura y presión actuales. La intensidad marcadamente reducida del pico asociado con el CO2 sólido implica que una porción significativa del CO2 que inicialmente reside fuera del marco a temperatura ambiente ahora ha entrado en el marco a esta temperatura. Tras un calentamiento adicional a 40 °C, la intensidad del componente de alta frecuencia que representa el CO2 sólido desaparece por completo, lo que indica que todo el CO2 sólido que inicialmente reside fuera del marco ZIF-8 ha ingresado en gran medida al marco debido a la fluidez mejorada por la temperatura. Después de enfriar el sistema DAC a temperatura ambiente, reaparece el componente de frecuencia más alta del doblete de los modos (ν3 + 2ν2) y (ν3 + ν1), pero la intensidad es mucho más débil en comparación con su contraparte de baja frecuencia, lo que sugiere que el El CO2 fuera de ZIF-8 recristaliza al enfriarse. Esta observación indica inequívocamente que después del ciclo de calentamiento, la cantidad de moléculas de CO2 adsorbidas dentro del ZIF-8 a temperatura ambiente es mayor que antes del calentamiento. La relación entre la cantidad de CO2 adsorbida dentro del marco y fuera de ZIF-8 se puede estimar casi cuantitativamente a partir de las áreas de pico integradas obtenidas mediante deconvolución espectral.

Capacidad de adsorción de CO2 de ZIF-8 en porcentaje en función de la presión y la temperatura. Los datos se obtienen a lo largo de una secuencia de calentamiento a una presión fija seguida de enfriamiento (apagado) y se analizan utilizando la combinación característica del modo IR de CO2. Se logró una mejora máxima (en un 80%) de la adsorción de CO2 mediante calentamiento a 1,15 GPa (ver texto).

Las dos bandas superpuestas del modo (ν3 + ν1) en cada espectro del CO2/ZIF-8 a diferentes temperaturas y bajo una presión fija de 0,63 GPa se desconvolucionaron (Figura complementaria S2) y las áreas de pico normalizadas se enumeran en la sección complementaria Tabla S1. Antes de calentar, la fracción de CO2 dentro del ZIF-8 a temperatura ambiente es del 55%; luego aumenta al 62% al calentarse a 36 °C. A 40 °C, el área del pico normalizado que representa el CO2 dentro del marco alcanza el 78%, y el resto del CO2 permanece como un fluido fuera del marco (Figura complementaria S2). Al enfriarse a temperatura ambiente, el área del pico normalizado del CO2 adsorbido disminuye al 62%. Así, la cantidad de CO2 adsorbida en la estructura a temperatura ambiente y una presión de 0,63 GPa aumentó un 13% en comparación con la anterior al calentamiento. Por lo tanto, es evidente que la aplicación simultánea de alta temperatura y presión mejora la capacidad de adsorción de CO2 del ZIF-8. Más importante aún, una mayor cantidad de CO2 queda atrapada irreversiblemente dentro de la estructura al enfriarse a temperatura ambiente. Hasta donde sabemos, tal adsorción permanente de CO2 mejorada por calentamiento de la estructura ZIF-8 en condiciones confinadas no se ha observado para ningún otro material MOF.

Para explorar y optimizar más a fondo el efecto sinérgico de la alta presión y la alta temperatura para mejorar la absorción de CO2, también se realizaron experimentos adicionales de temperatura variable a diferentes presiones. Los espectros IR de temperatura variable seleccionados del CO2 / ZIF-8 a una presión fija de 1,15 GPa se ilustran en la Fig. 2b. A 61 °C, el espectro IR con modos nítidos (ν3 + 2ν2) y (ν3 + ν1) muestra claramente que el CO2 dentro de la cámara de muestra permanece sólido a esta presión. Cuando se calienta a temperaturas más altas, como 69, 73 y 77 °C, todo el CO2 sólido aparece derretido y la mayoría de las moléculas de CO2 se transportan a la estructura de ZIF-8 por difusión. Al enfriar desde 77 °C hasta temperatura ambiente, ambos modos (ν3 + ν2) y (ν3 + ν1) permanecen como un único pico amplio, lo que sugiere que no se recupera ninguna fase sólida de CO2. Este resultado es significativo ya que a temperatura ambiente y 1,15 GPa, cualquier CO2 existente fuera del marco ZIF-8 debería estar en fase sólida. Entre otras mediciones adicionales de adsorción de CO2 siguiendo diferentes rutas P – T, encontramos que 1,15 GPa está cerca de una presión optimizada en la que la mejora de la adsorción de CO2 se maximiza al calentar a una temperatura cercana al punto de fusión del CO2. Una condición de presión y temperatura tan suave se puede realizar fácilmente en otros dispositivos, como una prensa de yunques múltiples, para permitir el aumento de escala. El área del pico normalizado (Tabla complementaria S2) indica que a 1,15 GPa y temperatura ambiente, el 54% del CO2 total se adsorbe inicialmente dentro de las jaulas de ZIF-8 y el 46% del CO2 reside fuera del marco como un sólido. Aparentemente, tras el calentamiento seguido del enfriamiento a temperatura ambiente, todas las moléculas de CO2 ahora han migrado y han quedado atrapadas dentro de la estructura ZIF-8. Una inspección cuidadosa revela que al enfriarse a temperatura ambiente, el pico debido al modo (ν3 + 2ν2) tiene un perfil de pico asimétrico; el espectro deconvolucionado (Figura complementaria S3) muestra un pequeño pico amplio con un perfil gaussiano en el lado de alta frecuencia del pico principal, lo que indica que hay dos CO2 no equivalentes dentro de ZIF-8 (consulte la discusión a continuación). El tratamiento térmico a 1,15 GPa conduce a un aumento del 85 % en la cantidad de CO2 adsorbido en ZIF-8, en comparación con sólo un aumento del 13 % en la absorción de CO2 con 0,63 GPa. Exploramos más a fondo el comportamiento de absorción de CO2 en el marco ZIF-8 en otras condiciones P-T (hasta 2,4 GPa y más de 145 °C) y descubrimos que 1,15 GPa es la presión más cercana a la óptima bajo la cual se logra la adsorción de CO2 mejorada por calentamiento. el maximo. Estos hallazgos se resumen en la Fig. 3.

Capacidad de adsorción de CO2 de ZIF-8 en porcentaje en función de la presión y la temperatura. Los datos se obtienen a lo largo de una secuencia de calentamiento a una presión fija seguida de enfriamiento (apagado) y se analizan utilizando la combinación característica del modo IR de CO2. Se logró una mejora máxima (en un 80%) de la adsorción de CO2 mediante calentamiento a 1,15 GPa (ver texto).

La diferencia sustancial en la mejora de la capacidad de adsorción bajo diferentes presiones es intrigante y puede atribuirse estrechamente a la estructura estructural bajo diferentes presiones y temperaturas. Trabajos anteriores de Moggach et al.21 demostraron que una presión externa alta puede aumentar el tamaño de poro efectivo de ZIF-8 al cambiar la orientación del enlazador, lo que se denomina efecto de "apertura de puerta". Hobday et al. Además, establecieron una correlación entre la presión y el ángulo de rotación (θ) de los anillos de imidazol que describen la apertura del poro (Fig. 4)26. Tal rotación del conector da como resultado un aumento en el volumen de la celda unitaria y en el volumen accesible al solvente6,26. En el presente caso, parece que a 0,63 GPa, la presión no es lo suficientemente alta como para girar completamente el anillo de imidazol y abrir la compuerta por completo. En consecuencia, a esta presión, la absorción de CO2 no ha alcanzado el máximo, aunque la fluidez del CO2 mejora significativamente mediante el calentamiento. El trabajo de Moggach et al.21 demostró elegantemente que ZIF-8 se transforma a una nueva fase a 1,47 GPa (una presión cercana a 1,15 GPa explorada en este estudio) donde aumentan tanto el volumen de los poros como el tamaño de los canales de enlace. A 69 °C y 1,15 GPa, creemos que el pico pequeño y amplio de alta frecuencia en el espectro desconvolucionado (Figura complementaria S3) representa el 22% de las moléculas de CO2 que se adsorben en los canales que rodean cada jaula de sodalita y son distintivamente diferentes de ese 78% en las jaulas. De lo contrario, estos canales están bloqueados por conectores de imidazol y no son accesibles a la presión ambiental. Las moléculas de CO2 adsorbidas en los canales están estrechamente confinadas en comparación con las del interior de las jaulas. En consecuencia, las vibraciones del CO2 aparecieron en frecuencias más altas debido al fuerte confinamiento. El hecho de que ninguna fase sólida de CO2 se reforme al enfriarse a temperatura ambiente implica que todas las moléculas de CO2 quedan atrapadas firmemente dentro de ZIF-8 debido a la fuerte interacción del CO2 con la estructura bajo presión. El efecto combinado de presión y temperatura sobre los detalles estructurales de la estructura ZIF-8 se ilustra en la Fig. 4.

Esquemas de adsorción de CO2 y cambio estructural en la estructura ZIF-8 cargada con CO2 desde una presión cercana a la ambiental y temperatura ambiente (izquierda) hasta 0,63 GPa y 40 °C (arriba a la derecha) y hasta 1,15 GPa y 69 °C (abajo a la derecha). El efecto de apertura de “compuerta” dependiente de la presión se ilustra mediante el ángulo de rotación de los anillos de metilimidazol (ver texto).

Para confirmar aún más que la fluidez del CO2 bajo presión aplicada mediante calentamiento es de vital importancia para la gran mejora de la absorción de CO2 de ZIF-8, calentamos la mezcla de CO2/ZIF-8 en un DAC a una temperatura de hasta 145 °C bajo una temperatura más alta. presión de 2,41 GPa. El diagrama de fases del CO2 muestra que el CO2 libre que reside fuera de la estructura debe permanecer como un sólido en todo el rango T, P empleado. De hecho, el componente de alta frecuencia del modo (ν3 + ν1) que representa el CO2 sólido persiste en los espectros en todo el rango de temperatura (Figura complementaria S4). No se observó ninguna mejora en la absorción de CO2 ni durante el calentamiento ni al enfriar a temperatura ambiente (Figura complementaria S4). Estos resultados indican sin ambigüedades que ni calentar CO2 sólido ni aplicar presión por sí solos pueden mejorar suficientemente la capacidad de adsorción de CO2 de ZIF-8. Una inspección cuidadosa de los espectros de temperatura ambiente adquiridos a 2,41 GPa antes y después del calentamiento revela que la intensidad del pico de alta frecuencia correspondiente al CO2 sólido en realidad se vuelve ligeramente más fuerte con respecto al componente de baja frecuencia debido al CO2 dentro del ZIF-8. lo que implica que la capacidad de adsorción de CO2 se reduce ligeramente después del tratamiento térmico (Figura complementaria S4). Una posible razón es que la estructura podría haberse dañado parcialmente al exponer el ZIF-8 a condiciones más duras (es decir, 2,41 GPa y 145 °C), lo que resultó en una porosidad ligeramente reducida para la adsorción. La mejora cuantitativa de la ingesta de CO2 y el mecanismo detallado de adsorción de CO2 en condiciones simultáneamente altas de P – T deben verificarse mediante mediciones de difracción de cristal único sincrotrón, así como mediante modelos computacionales en el futuro. Además, si el efecto sinérgico P-T es aplicable a otros MOF en diferentes clases invita a un estudio más sistemático sobre otros MOF.

En resumen, utilizando espectroscopía IR in situ, demostramos que la aplicación simultánea de temperatura y presión moderadas a una mezcla de CO2/ZIF-8 puede mejorar notablemente la capacidad de adsorción de CO2 de ZIF-8. En concreto, el tratamiento térmico se aplicó simultáneamente a altas presiones de hasta 2,41 GPa. La condición optimizada de T, P establecida en este estudio es 69 °C y 1,15 GPa, bajo la cual se logra un aumento del 85% en la absorción de CO2. Una mejora tan drástica de la capacidad de adsorción de CO2 se atribuye al efecto sinérgico de la alta T y P. La alta temperatura mejora significativamente la propiedad de transporte del CO2, lo que permite que el CO2 se difunda eficazmente en la estructura de ZIF-8. Mientras tanto, la alta presión mecánica cambia el tamaño y la forma efectivos de los poros, así como la orientación del enlazador para abrir la "puerta", facilitando la adsorción de CO2. El cambio en la orientación del conector también hace que los canales que conectan las jaulas sean accesibles al CO2 como sitios de adsorción adicionales a alta presión. Este trabajo demuestra que la capacidad de adsorción de gas de los MOF y ZIF se puede mejorar drásticamente aplicando presión y temperatura moderadas, lo que convierte a los ZIF en una clase prometedora de materiales para aplicaciones prácticas de almacenamiento de CO2.

ZIF-8 se sintetizó solvotermalmente y se activó siguiendo el método de la literatura36. Brevemente, se disolvió una mezcla de 2,5 mmol de Zn(NO3)2·6H2O (Alfa Aesar, 98%) y 0,15 mol de 2-metilimidazol (Sigma-Aldrich, 98%) en 100 ml de agua desionizada y se agitó a temperatura ambiente durante 24 h. Los cristales blancos resultantes se recogieron mediante filtración al vacío y se lavaron con 10 ml de metanol tres veces. La activación de las muestras de ZIF-8 se logró mediante desgasificación mediante vacío dinámico y calentamiento durante 8 h a 150 ℃. La identidad y pureza del producto activado se verificaron mediante difracción de rayos X en polvo (PXRD) para mostrar la eliminación exitosa del disolvente para lograr una estructura ZIF-8 activada (vacía). (Figura complementaria S5). El patrón PXRD se registró utilizando un difractómetro de rayos X Inel CPS que funciona con radiación Cu Kα (λ = 1,5406 Å). Las reflexiones se recogieron en valores de 2θ que oscilaban entre 5 y 40°, utilizando un incremento de 0,01° con una velocidad de adquisición de 4°/min. Las mediciones del análisis termogravimétrico (TGA) se realizaron con el instrumento Beijing HENVEN HQT-3. La muestra se calentó de 25° a 800°C a una velocidad de 10°C/min bajo una atmósfera de N2. El perfil de TGA de la muestra activada (Figura complementaria S6) no muestra pérdida de peso por debajo de alrededor de 600 °C, lo que indica claramente que todas las moléculas de disolvente se eliminaron durante el proceso de activación y que la activación se completó. La pérdida de peso a temperaturas superiores a 600 °C se debe a la descomposición36, lo que indica que el ZIF-8 es estable hasta aproximadamente 600 °C. Las mediciones de microscopía electrónica de barrido (SEM) se realizaron utilizando un instrumento SEM Thermo Scientific Apreo S que funciona a 30 kV. En la Fig. 5 se muestran imágenes SEM de muestras de ZIF-8 activadas y fabricadas. Los cristales de ZIF-8 muestran una forma octaédrica truncada consistente con dimensiones de partículas uniformes, de acuerdo con estudios informados anteriormente36. El área de superficie de ZIF-8 activado se midió utilizando el método BET con un instrumento BELSORP-MAX con N2 (99,999%) a 77 K. Antes de la medición de la isoterma de N2, se lograron 100 mg de ZIF-8 mediante desgasificación mediante vacío dinámico y calentamiento. durante 8 h a 150 ℃. Luego, BELSORP-MAX realizó experimentos de adsorción de N2 a presiones de hasta 1 bar en ZIF-8 activado. Las isotermas de adsorción de N2 medidas para la muestra de ZIF-8 activada se muestran en la figura complementaria S7. El área BET derivada es 1686,7 m2/g, superando el mejor valor (es decir, 1550 m2/g) informado en una literatura anterior36, lo que indica la activación exitosa y la excelente porosidad de ZIF-8 lograda en este estudio.

Imágenes SEM de muestras ZIF-8 tal como se hicieron (columna izquierda) y activadas (columna derecha) con diferentes aumentos.

Para llevar a cabo experimentos de TP alto in situ, se utilizó un DAC (Figura complementaria S8) equipado con un par de diamantes tipo II (tamaño de culet de 600 µm) para todas las mediciones de IR. La cámara de muestra se preparó sobre una junta de acero inoxidable, con 60–80 µm de espesor y 300 µm de diámetro. Se precargaron algunas virutas de rubí en la cámara de muestra para la calibración de presión37. Para la preparación de la muestra, con el fin de maximizar la carga de CO2, la cámara de muestra se llenó primero hasta la mitad con ZIF-8 activado (vacío). Luego se sumergió el lado del pistón del DAC en un baño de nitrógeno líquido para enfriar el sistema. Durante este proceso, la cámara de muestra se cubrió con una película plástica para evitar la condensación de humedad. Cuando la temperatura de la junta estuvo por debajo del punto de fusión del hielo seco (es decir, <78,5 °C), se retiró la película plástica y se introdujo el gas CO2 en la cámara de muestra. Al cerrar el DAC, se necesita una presión baja para mantener el CO2 en la cámara de muestra para mediciones adicionales. El espectrómetro FTIR utilizado está personalizado para mediciones de alta presión in situ, con los detalles descritos en publicaciones anteriores38. En este trabajo, para aplicar alta presión y alta temperatura simultáneamente y realizar mediciones IR in situ, la etapa DAC normal para medir la temperatura ambiente fue reemplazada por una etapa de calentamiento diseñada a medida, que se compone de un soporte de celda de cobre calentado resistivamente y un Tablero de lana de vidrio para aislamiento térmico. Al colocar el DAC en esta etapa, se podrían lograr altas temperaturas (hasta ~ 500 °C) alimentando el elemento calefactor con corriente CA de una fuente de alimentación con un controlador de temperatura (omega iSeries) para regular el suministro de calor y controlar la temperatura del DAC. La temperatura se mide colocando un termopar calibrado en la parte posterior del diamante. La precisión de la medición de temperatura es de ± 2,3 °C en el rango de temperatura de 50 a 80 °C y de ± 5,0 °C de 80 a 200 °C.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado y sus archivos de información complementaria o están disponibles a través del autor correspondiente previa solicitud razonable.

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YH e YS reconocen al Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Naturales de Canadá (NSERC) por sus subvenciones Discovery. También se agradece el premio NSERC Discovery Accelerator Award (YH), ​​un fondo de oportunidades líder de la Fundación Canadiense para la Innovación (YS).

Departamento de Química, Universidad de Western Ontario, Londres, ON, N6A 5B7, Canadá

Shan Jiang, Jingyan Liu, Yang Song y Yining Huang

Departamento de Física y Astronomía, Universidad de Western Ontario, Londres, ON, N6A 5B7, Canadá

Jiwen Guan y Yang Song

Facultad de Química e Ingeniería Química, Centro de Resonancia Magnética de Lanzhou, Universidad de Lanzhou, Lanzhou, 730000, China

Xin Du y Shoushun Chen

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Conceptualización: YH y YS; experimental y procesamiento de datos: SJ, JG, JL, XD y SC; supervisión: YH y YS; edición del manuscrito: YH e YS Todos los autores contribuyeron al análisis y preparación del manuscrito.

Correspondencia a Yang Song o Yining Huang.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Jiang, S., Liu, J., Guan, J. et al. Mejora de la capacidad de adsorción de CO2 de ZIF-8 mediante el efecto sinérgico de alta presión y temperatura. Representante científico 13, 17584 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-44960-4

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Recibido: 08 de agosto de 2023

Aceptado: 13 de octubre de 2023

Publicado: 16 de octubre de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-44960-4

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