火力发电厂的碳捕获是解决全球变暖问题的关键，但是碳捕获技术无法得到实践，因为目前缺乏合适的捕碳材料，无法从混合气体中选择性的捕获CO₂。

二胺官能团有机分子修饰的MOF材料，diamine–Mg₂(dobpdc)，（dobpdc = 4,4′-二氧基联苯-3,3′-二甲酸酯）是一种具有前景的捕碳材料，这种Mg-MOF材料具有可调控的多步骤CO₂吸附功能。

有鉴于此，加州大学伯克利分校Jeffrey A. Reimer、Jeffrey R. Long等报道一种组成为dmen–Mg₂(dobpdc)的MOF（其中dobpdc = 1,2-二氨基-2-甲基丙烷）在CO₂捕获过程中的问题，此结构的MOF是仅有的两种能够在合适压力中从燃煤烟气（coal flue gas）中捕获CO₂。

本文要点：

（1）

在以往的相关报道中，人们认为这种材料在1 bar压力条件吸附CO₂的量最多为理论容量的0.5（按照每个胺基团吸附的量）。作者在本文研究中发现，这种0.5倍量吸附状态为亚稳定态的中间态。而且，在非常合适的条件中，MOF的CO₂吸附量能够达到完全吸附，而且这种从半吸附量提高至完全吸附的过程需要非常慢的吸附时间，这种测试条件在传统的吸附测试过程中无法实现。

（2）

作者通过固体核磁测试、van der Waals矫正DFT计算结合，发现在CO₂吸附量达到一半时氨基甲酸铵分子链的构象在完全吸附状态时的构象是相反的，这种现象说明从一半吸附提高到完全吸附CO₂的过程中需要克服这种构象转变，导致完全吸附CO₂的过程的速率缓慢。

（3）

进一步的，作者发现当使用结构对称性更高的 Mg₂(pc-dobpdc)（其中pc-dobpdc = 3,3′-二氧基联苯-4,4′-二甲酸酯），在CO₂吸附过程中能够避免经历亚稳态，dmen-Mg₂(pc-dobpdc)能够在模拟火力发电厂类似条件进行捕碳，实现了完全CO₂吸附效果。

参考文献

Bhavish Dinakar, Alexander C. Forse, Henry Z. H. Jiang, Ziting Zhu, Jung-Hoon Lee, Eugene J. Kim, Surya T. Parker, Connor J. Pollak, Rebecca L. Siegelman, Phillip J. Milner, Jeffrey A. Reimer*, and Jeffrey R. Long*, Overcoming Metastable CO₂ Adsorption in a Bulky Diamine-Appended Metal–Organic Framework, J. Am. Chem. Soc. 2021

DOI: 10.1021/jacs.1c06434

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c06434