多孔金属有机骨架材料储氢性能分子模拟

吴选军 郑佶 李江 蔡卫权

引用本文: 吴选军, 郑佶, 李江, 蔡卫权. 多孔金属有机骨架材料储氢性能分子模拟[J]. 物理化学学报, 2013, 29(10): 2207-2214. doi: 10.3866/PKU.WHXB201307191 shu
Citation:  WU Xuan-Jun, ZHENG Ji, LI Jiang, CAI Wei-Quan. Molecular Simulation on Hydrogen Storage Capacities of Porous Metal Organic Frameworks[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2013, 29(10): 2207-2214. doi: 10.3866/PKU.WHXB201307191 shu

多孔金属有机骨架材料储氢性能分子模拟

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51142002, 51272201) (51142002, 51272201)

    中央高校基本科研业务费专项资金(2012142, 2013-II-014)资助项目 (2012142, 2013-II-014)

摘要:

采用优化的DREIDING力场参数, 通过巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)模拟方法对H2在IRMOF-1、IRMOF-61和IRMOF-62共3种金属有机骨架(MOFs)材料中的吸附平衡性能进行了比较研究. 结果表明, 该力场能够在全压力范围内很好地复制H2在IRMOF-62材料中的等温吸附曲线; 但对低压下H2在IRMOF-61中的等温吸附曲线预测出现低估. 与IRMOF-1相比, 具有互穿骨架结构的IRMOF-61和IRMOF-62材料在常温下的储氢能力并无明显提高. 进一步比较77 K时100 kPa、3.0 MPa下H2在上述MOFs材料中达到吸附平衡时的几率密度分布发现, H2会优先吸附在Zn4O骨架附近靠近苯环的位置;对具有互穿结构的MOFs材料而言,由于其孔腔尺寸缩小, 使得H2优先吸附位区域零散化. 适当长度的有机配体形成的互穿骨架结构能增强与H2分子之间的相互作用, 具备较高的储氢能力; 而有机配体尺寸过长则会增加骨架结构中H2吸附死角, 对H2的吸附能力反而出现下降.

English

    1. [1]

      (1) Rowsell, J. L. C.; Yaghi, O. M. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128,1304. doi: 10.1021/ja056639q

      (1) Rowsell, J. L. C.; Yaghi, O. M. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128,1304. doi: 10.1021/ja056639q

    2. [2]

      (2) Wong-Foy, A. G.; Matzger, A. J.; Yagh, O. M. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 3494. doi: 10.1021/ja058213h(2) Wong-Foy, A. G.; Matzger, A. J.; Yagh, O. M. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 3494. doi: 10.1021/ja058213h

    3. [3]

      (3) Nijem, N.; Veyan, J. F.; Kong, L. Z.; Li, K. H.; Pramanik, S.;Zhao, Y. G.; Li, J.; Langreth, D.; Chabal, Y. J. J. Am. Chem. Soc.2010, 132, 1654. doi: 10.1021/ja908817n(3) Nijem, N.; Veyan, J. F.; Kong, L. Z.; Li, K. H.; Pramanik, S.;Zhao, Y. G.; Li, J.; Langreth, D.; Chabal, Y. J. J. Am. Chem. Soc.2010, 132, 1654. doi: 10.1021/ja908817n

    4. [4]

      (4) Yang, J.; Sudik, A.; Wolverton, C. J. Phys. Chem.C 2007, 111,19134. doi: 10.1021/jp076434z(4) Yang, J.; Sudik, A.; Wolverton, C. J. Phys. Chem.C 2007, 111,19134. doi: 10.1021/jp076434z

    5. [5]

      (5) Skipper, C. V. J.; Hoang, T. K. A.; Antonelli, D. M.;Kaltsoyannis, N. Chem. -Eur. J. 2012, 18, 1750. doi: 10.1002/chem.v18.6(5) Skipper, C. V. J.; Hoang, T. K. A.; Antonelli, D. M.;Kaltsoyannis, N. Chem. -Eur. J. 2012, 18, 1750. doi: 10.1002/chem.v18.6

    6. [6]

      (6) Lu, H. L.; Wang, J. W.; Liu, C. L.; Ratcliffe, C. I.; Becker, U.;Kumar, R.; Ripmeester, J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9160.doi: 10.1021/ja303222u(6) Lu, H. L.; Wang, J. W.; Liu, C. L.; Ratcliffe, C. I.; Becker, U.;Kumar, R.; Ripmeester, J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9160.doi: 10.1021/ja303222u

    7. [7]

      (7) Senadheera, L.; Conradi, M. S. J. Phys. Chem. B 2007, 111,12097. doi: 10.1021/jp074517+(7) Senadheera, L.; Conradi, M. S. J. Phys. Chem. B 2007, 111,12097. doi: 10.1021/jp074517+

    8. [8]

      (8) Eddaoudi, M.; Kim, J.; Rosi, N.; Vodak, D.; Wachter, J.;O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Science 2002, 295, 469. doi: 10.1126/science.1067208(8) Eddaoudi, M.; Kim, J.; Rosi, N.; Vodak, D.; Wachter, J.;O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Science 2002, 295, 469. doi: 10.1126/science.1067208

    9. [9]

      (9) Rowsell, J. L. C.; Spencer, E. C.; Eckert, J.; Howard, J. A. K.;Yaghi, O. M. Science 2005, 309, 1350. doi: 10.1126/science.1113247(9) Rowsell, J. L. C.; Spencer, E. C.; Eckert, J.; Howard, J. A. K.;Yaghi, O. M. Science 2005, 309, 1350. doi: 10.1126/science.1113247

    10. [10]

      (10) Li, H.; Eddaoudi, M.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Nature 1999,402, 276. doi: 10.1038/46248(10) Li, H.; Eddaoudi, M.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Nature 1999,402, 276. doi: 10.1038/46248

    11. [11]

      (11) Han, S. S.; Furukawa, H.; Yaghi, O. M.; ddard, W. A. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 11580. doi: 10.1021/ja803247y(11) Han, S. S.; Furukawa, H.; Yaghi, O. M.; ddard, W. A. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 11580. doi: 10.1021/ja803247y

    12. [12]

      (12) Lan, J. H.; Cao, D. P.; Wang, W. C. J. Phys. Chem. C 2010, 114,3108. doi: 10.1021/jp9106525(12) Lan, J. H.; Cao, D. P.; Wang, W. C. J. Phys. Chem. C 2010, 114,3108. doi: 10.1021/jp9106525

    13. [13]

      (13) Sun, Y. X.; Ben, T.; Wang, L.; Qiu, S. L.; Sun, H. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2753. doi: 10.1021/jz100894u(13) Sun, Y. X.; Ben, T.; Wang, L.; Qiu, S. L.; Sun, H. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2753. doi: 10.1021/jz100894u

    14. [14]

      (14) Ben, T.; Ren, H.; Ma, S.; Cao, D.; Lan, J.; Jing, X.; Wang, W.;Xu, J.; Deng, F.; Simmons, J. M.; Qiu, S.; Zhu, G. T. Angew. Chem. Int. Edit. 2009, 48, 9457. doi: 10.1002/anie.200904637(14) Ben, T.; Ren, H.; Ma, S.; Cao, D.; Lan, J.; Jing, X.; Wang, W.;Xu, J.; Deng, F.; Simmons, J. M.; Qiu, S.; Zhu, G. T. Angew. Chem. Int. Edit. 2009, 48, 9457. doi: 10.1002/anie.200904637

    15. [15]

      (15) Chae, H. K.; Siberio-Pérez, D. Y.; Kim, J.; , Y.; Eddaoudi, M.;Matzger, A. J.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Nature 2004, 427,523.(15) Chae, H. K.; Siberio-Pérez, D. Y.; Kim, J.; , Y.; Eddaoudi, M.;Matzger, A. J.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Nature 2004, 427,523.

    16. [16]

      (16) Rosi, N. L.; Eckert, J.; Eddaoudi, M.; Vodak, D. T.; Kim, J.;O'Keefee, M.; Yaghi, O. M. Science 2003, 300, 1127. doi: 10.1126/science.1083440(16) Rosi, N. L.; Eckert, J.; Eddaoudi, M.; Vodak, D. T.; Kim, J.;O'Keefee, M.; Yaghi, O. M. Science 2003, 300, 1127. doi: 10.1126/science.1083440

    17. [17]

      (17) Furukawa, H.; Ko, N.; , Y. B.; Aratani, N.; Choi, S. B.; Choi,E.; Yazaydin, A. Ö.; Snurr, R. Q.; O'Keeffe, M.; Kim, J.; Yaghi,O. M. Science 2010, 329, 424. doi: 10.1126/science.1192160(17) Furukawa, H.; Ko, N.; , Y. B.; Aratani, N.; Choi, S. B.; Choi,E.; Yazaydin, A. Ö.; Snurr, R. Q.; O'Keeffe, M.; Kim, J.; Yaghi,O. M. Science 2010, 329, 424. doi: 10.1126/science.1192160

    18. [18]

      (18) Frost, H.; Düren, T.; Snurr, R. Q. J. Phys. Chem. B 2006, 110,9565. doi: 10.1021/jp060433+(18) Frost, H.; Düren, T.; Snurr, R. Q. J. Phys. Chem. B 2006, 110,9565. doi: 10.1021/jp060433+

    19. [19]

      (19) Frost, H.; Snurr, R. Q. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 18794. doi: 10.1021/jp076657p(19) Frost, H.; Snurr, R. Q. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 18794. doi: 10.1021/jp076657p

    20. [20]

      (20) Dalach, P.; Frost, H.; Snurr, R. Q.; Ellis, D. E. J. Phys. Chem. C2008, 112, 9278. doi: 10.1021/j9801008d(20) Dalach, P.; Frost, H.; Snurr, R. Q.; Ellis, D. E. J. Phys. Chem. C2008, 112, 9278. doi: 10.1021/j9801008d

    21. [21]

      (21) Düren, T.; Millange, F.; Ferey, G.;Walton, K. S.; Snurr, R. Q.J. Phys. Chem. C 2007, 111, 15350. doi: 10.1021/jp074723h(21) Düren, T.; Millange, F.; Ferey, G.;Walton, K. S.; Snurr, R. Q.J. Phys. Chem. C 2007, 111, 15350. doi: 10.1021/jp074723h

    22. [22]

      (22) Bae, Y. S.; Snurr, R. Q. Microporous Mesoporous Mat. 2010,132, 300. doi: 10.1016/j.micromeso.2010.02.023(22) Bae, Y. S.; Snurr, R. Q. Microporous Mesoporous Mat. 2010,132, 300. doi: 10.1016/j.micromeso.2010.02.023

    23. [23]

      (23) Bae, Y. S.; Snurr, R. Q. Microporous Mesoporous Mat. 2010,135, 178. doi: 10.1016/j.micromeso.2010.07.007(23) Bae, Y. S.; Snurr, R. Q. Microporous Mesoporous Mat. 2010,135, 178. doi: 10.1016/j.micromeso.2010.07.007

    24. [24]

      (24) Getman, R. B.; Miller, J. H.; Wang, K.; Snurr, R. Q. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 2066. doi: 10.1021/jp1094068(24) Getman, R. B.; Miller, J. H.; Wang, K.; Snurr, R. Q. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 2066. doi: 10.1021/jp1094068

    25. [25]

      (25) Tranchemontagne, D. J.; Park, K. S.; Furukawa, H.; Eckert, J.;Knobler, C. B.; Yaghi, O. M. J. Phys. Chem. C 2012, 116,13143. doi: 10.1021/jp302356q(25) Tranchemontagne, D. J.; Park, K. S.; Furukawa, H.; Eckert, J.;Knobler, C. B.; Yaghi, O. M. J. Phys. Chem. C 2012, 116,13143. doi: 10.1021/jp302356q

    26. [26]

      (26) Pérez-Pellitero, J.; Amrouche, H.; Siperstein, F. R.; Pirngruber,G.; Nieto-Draghi, C.; Chaplais, G.; Simon-Masseron, A.; Bazer-Bachi, D.; Peralta, D.; Bats, N. Chem. -Eur. J. 2010, 16, 1560.doi: 10.1002/chem.v16:5(26) Pérez-Pellitero, J.; Amrouche, H.; Siperstein, F. R.; Pirngruber,G.; Nieto-Draghi, C.; Chaplais, G.; Simon-Masseron, A.; Bazer-Bachi, D.; Peralta, D.; Bats, N. Chem. -Eur. J. 2010, 16, 1560.doi: 10.1002/chem.v16:5

    27. [27]

      (27) Pantatosaki, E.; Pazzona, F. G.; Megariotis, G.; Papadopoulos,G. K. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 2493. doi: 10.1021/jp911477a(27) Pantatosaki, E.; Pazzona, F. G.; Megariotis, G.; Papadopoulos,G. K. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 2493. doi: 10.1021/jp911477a

    28. [28]

      (28) Gupta, A.; Chempath, S.; Sanborn, M. J.; Clark, L. A.; Snurr, R.Q. Mol. Simul. 2003, 29, 29. doi: 10.1080/0892702031000065719(28) Gupta, A.; Chempath, S.; Sanborn, M. J.; Clark, L. A.; Snurr, R.Q. Mol. Simul. 2003, 29, 29. doi: 10.1080/0892702031000065719

    29. [29]

      (29) The Cambridge Crystallographic Data Centre. http://www.ccdc.cam.ac.uk (accessed March 2013).(29) The Cambridge Crystallographic Data Centre. http://www.ccdc.cam.ac.uk (accessed March 2013).

    30. [30]

      (30) Buch, V. J. Chem. Phys. 1994, 100, 7610. doi: 10.1063/1.466854(30) Buch, V. J. Chem. Phys. 1994, 100, 7610. doi: 10.1063/1.466854

    31. [31]

      (31) Peng, D. Y.; Robinson, D. B. Ind. Eng. Chem. Fund. 1976, 15,59. doi: 10.1021/i160057a011(31) Peng, D. Y.; Robinson, D. B. Ind. Eng. Chem. Fund. 1976, 15,59. doi: 10.1021/i160057a011

    32. [32]

      (32) Myers, A. L.; Monson, P. A. Langmuir 2002, 18, 10261. doi: 10.1021/la026399h(32) Myers, A. L.; Monson, P. A. Langmuir 2002, 18, 10261. doi: 10.1021/la026399h

    33. [33]

      (33) Humphrey, W.; Dalke, A.; Schulten, K. J. Mol. Graph. 1996,14,33. doi: 10.1016/0263-7855(96)00018-5(33) Humphrey, W.; Dalke, A.; Schulten, K. J. Mol. Graph. 1996,14,33. doi: 10.1016/0263-7855(96)00018-5

    34. [34]

      (34) Wu, X. J.; Yang, X.; Song, J.; Cai, W. Q. Acta Chim. Sin. 2012,70, 2518. [吴选军,杨旭,宋杰,蔡卫权. 化学学报, 2012,70, 2518.] doi: 10.6023/A12110858(34) Wu, X. J.; Yang, X.; Song, J.; Cai, W. Q. Acta Chim. Sin. 2012,70, 2518. [吴选军,杨旭,宋杰,蔡卫权. 化学学报, 2012,70, 2518.] doi: 10.6023/A12110858

    35. [35]

      (35) Han, S. S.; Choi, S. H.; ddard, W. A. J. Phys. Chem. C 2011,115, 3507. doi: 10.1021/jp200321y

      (35) Han, S. S.; Choi, S. H.; ddard, W. A. J. Phys. Chem. C 2011,115, 3507. doi: 10.1021/jp200321y

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  741
  • 文章访问数:  1636
  • HTML全文浏览量:  117
文章相关
  • 发布日期:  2013-09-26
  • 收稿日期:  2013-05-20
  • 网络出版日期:  2013-07-19
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章