Adsorption-based bromine (Br2) capture systems are highly desirable for the safe storage and transportation of molecular bromine. In this study, we utilize nitrogen-containing porous organic cages (POCs) with large porosity and a high density of binding sites for volatile Br2 vapor capture. An imine-based POC (CC3-R) shows a static Br2 uptake capacity of 11.41 mmol·g-1 at 25°C while a tertiary amine-based POC (FT-RCC3) exhibits 10.08 mmol·g-1 under the same conditions. These values present their high capture performance compared with other MOFs which have been explored in previous studies. Adsorption mechanism of Br2 has been explained by experimentally identifying bromine species adsorbed at POCs and calculating their binding energies and Raman spectra. A high proportion of Br2 exists as polybromide states, resulting in the formation of charge-transfer complexes. This study demonstrates the importance of charge-transfer interactions between host materials and bromine molecules for achieving a highly efficient Br2 capture performance.
흡착 방식을 기반으로 하는 브롬 포집 시스템은 브롬 분자의 안정한 저장 및 운송을 위해 필수적이다. 본 연구에서는, 높은 기공도 및 높은 결합 부위 밀도를 가지는 질소 원자가 포함된 다공성 유기 케이지를 이용하여 휘발성 브롬 증기를 포집 하고자 하였다. 이민 기반 다공성 유기 케이지 (CC3-R)의 경우 상온에서 11.41 mmol·g-1의 정적 브롬 흡착 용량을 보여준 반면, 삼중 아민 기반 다공성 유기 케이지 (FT-RCC3)의 경우 동일한 조건에서 10.08 mmol·g-1의 정적 브롬 흡착 용량을 보였다. 이 값들은 이전 연구 들에서 연구된 금속-유기 골격체들과 비교했을 때, 더 높은 흡착 성능을 가지는 것으로 확인 되었다. 브롬 흡착 메커니즘은 다공성 유기 케이지에 흡착된 브롬 종을 실험적으로 식별함과 동시에 라만 스펙트럼과 결합 에너지를 계산함으로써 설명되었다. 높은 비율의 브롬이 폴리브로마이드 상태로 존재하였으며, 결과적으로 전하 전달 복합체를 형성하였다. 이번 연구는 고효율 브롬 흡착 성능을 얻기 위해 브롬 분자와 호스트 재료 사이의 전하 전달 상호작용의 중요성을 보여준다.
