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金属-有机骨架材料MOF-5的改进与吸附甲烷的巨正则蒙特卡罗模拟
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:《物理化学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O641[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]浙江大学化学系,杭州310027
  • 相关基金:国家科技支撑计划(2006BAK30B02)和国家自然科学基金(20671080)资助项目
中文摘要:

根据金属-有机骨架材料(MOFs)的设计思想,在MOF-5(对苯二甲酸为桥联配体,Zn4O金属簇为中心的配位化合物)的基础上设计了10种以Zn4O金属簇为中心(Corner),以不同基团单取代的对苯二甲酸(BDC)衍生物为桥联配体(Linker)的多孔材料。用巨正则蒙特卡罗(GCMC)模拟方法,计算了这些材料在298K、1-10MPa条件下对甲烷的吸附量,讨论了不同取代基与甲烷吸附量的关系。结果发现,在298K、3.5MPa时甲烷的吸附量主要取决于吸附热,并且以硝基取代的配体构成的MOF分子吸附甲烷效果最好。在此基础上,进一步设计了以四硝基取代对苯二甲酸为桥联配体的MOF-4NO2,该结构在相同条件下对甲烷的超额吸附量为209cm^3·cm^-3,总吸附量达到228cm^3·cm^-3,比美国能源部(DOE)提出的甲烷吸附材料应用要求标准高26%。

英文摘要:

10 metal-organic framework molecules (MOFs) were designed based on the idea that the comers of those MOFs are consistent with that of MOF-5 (the complex with 1,4-benzenedicarboxylate as linker and Zn4O cluster as comer) but their linkers were changed into derivatives of 1,4-benzenedicarboxylate (BDC). Then, methane adsorption of new MOFs was calculated by grand canonical Monte Carlo (GCMC) method at 298 K and 1-10 MPa, and the adsorption amounts were correlated with different substituent groups. The results show that the isosteric heat of adsorption is the most important factor at 298 K and 3.5 MPa, and the adsorption amount is highest when the linker of MOFs is --NO2. At last, a designed MOF, which has 4 nitro groups on the BDC, was constructed and the corresponding methane adsorption amount was also calculated at the same conditions. The calculated amount of excess adsorption reaches 209 cm^3·cm^-3 and the calculated total adsorption attains 228 cm^3·cm^-3, which is 26% higher than the amount of DOE's requirement for methane storage materials.

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24781