J. Am. Chem. Soc. :多孔配位聚合物中开孔吸附机理和S型吸附等温线的理论探讨

【引言】

多孔配位聚合物(PCP)或金属有机框架(MOF)因其在气体储存/分离、分子传感、药物输送等方面具有巨大潜力而备受关注。其中一些为柔性框架,受到外部刺激(如气体吸附、光照和温度变化)可触发动态结构变化。特别地,开孔吸附具有相当大的意义,因为由气体分子吸附引起的结构转变增强了随后的气体吸附。 这种行为可将含有几种具有类似物理化学性质的气体分子如CO/N2的混合物分离。为了在分子水平上进一步理解PCP的开孔吸附,研究人员已经进行了基于热力学和统计力学的理论研究,然而对开孔吸附机理的了解仍然有限。

【图 简介】

图1 PCP-N和PCP-C的基胞

PCP-N和PCP-C的基胞,PCP-N和PCP-C之间的结构中的不同部分用绿色显示。

图2 用于MP2和CCSD(T)计算的簇模型(CM)和小簇模型(SCM)

用于MP2和CCSD(T)计算的簇模型(CM)和小簇模型(SCM)。

图3 含有CO2分子的PCP-N和PCP-C的结构

a) 在位点I、II和III处具有15个CO2分子的PCP-N的优化晶体结构,其中铁原子为深黄色,氧原子为红色,氮原子为蓝色,碳原子为灰色,氢原子为白色;

b) Fe2+中心的局部配位环境;

c) 位点I最优CO2吸附结构;

d) 位点II最优CO2吸附结构;

e) 位点III最优CO2吸附结构。

图4 气体吸附与EINT/EDEF的关系

气体吸附与EINT/EDEF的关系。

图5 PCP的CO2吸附等温线(1)

a) PCP-N在195K的CO2吸附等温线,内插为低压区域的放大图像,上述图中黑线代表实验所得等温线,蓝线和红线表示通过分别将吸附吉布斯能量变化增加1.0和1.5 kcal·mol-1计算所得等温线(下同);

b) PCP-C在195K的CO2吸附等温线。

图6 PCP的CO2吸附等温线(2)

PCP-N中位点I、II和III在195K的计算所得CO2吸附等温线,吸附吉布斯能量变化增加1.5 kcal·mol-1。

【小结】

献链接:Theoretical Insight into Gate-Opening Adsorption Mechanism and

Sigmoidal Adsorption Isotherm into Porous Coordination Polymer(J. Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b09358)

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