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客体气体分子的弥散吸引力导致金属有机骨架主体的体积收缩。

Volume shrinkage of a metal-organic framework host induced by the dispersive attraction of guest gas molecules.

机构信息

Center for Computational Science, Korea Institute of Science and Technology (KIST), Seoul 136-791, Republic of Korea.

出版信息

Phys Chem Chem Phys. 2013 Nov 21;15(43):18822-6. doi: 10.1039/c3cp53256a.

DOI:10.1039/c3cp53256a
PMID:24072185
Abstract

Using a density functional theory calculation including van der Waals (vdW) corrections, we report that H2 adsorption in a cubic-crystalline microporous metal-organic framework (MOF-5) leads to volume shrinkage, which is in contrast to the intuition that gas adsorption in a confined system (e.g., pores in a material) increases the internal pressure and then leads to volumetric expansion. This extraordinary phenomenon is closely related to the vdW interactions between MOF and H2 along with the H2-H2 interaction, rather than the Madelung-type electrostatic interaction. At low temperatures, H2 molecules adsorbed in the MOF-5 form highly symmetrical interlinked nanocages that change from a cube-like shape to a sphere-like shape with H2 loading, helping to exert centrosymmetric forces and hydrostatic (volumetric) stresses from the collection of dispersive interactions. The generated internal negative stress is sufficient to overcome the stiffness of the MOF-5 which is a soft material with a low bulk modulus (15.54 GPa).

摘要

利用包含范德华(vdW)修正的密度泛函理论计算,我们报告称,在立方晶态微孔金属有机骨架(MOF-5)中,H2 的吸附会导致体积收缩,这与在受限体系(例如材料中的孔)中气体吸附会增加内压,从而导致体积膨胀的直觉相反。这种非凡的现象与 MOF 与 H2 之间的 vdW 相互作用以及 H2-H2 相互作用密切相关,而不是马德隆型静电相互作用。在低温下,吸附在 MOF-5 中的 H2 分子形成高度对称的互联纳米笼,随着 H2 负载的增加,纳米笼从立方体形变为球形,有助于施加来自分散相互作用的中心对称力和静水(体积)压力。产生的内部负应力足以克服 MOF-5 的刚性,MOF-5 是一种具有低体弹性模量(15.54 GPa)的软材料。

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