Enhance Hydrogen Isotopes Separation by Alkali Earth Metal Dopant in Metal–Organic Framework

掺杂剂 选择性 吸附 碱金属 无机化学 金属 化学 密度泛函理论 兴奋剂 物理化学 材料科学 催化作用 计算化学 热力学 有机化学 物理 光电子学
作者
Wenjun Dong,Jiamin Yuan,Jing-Yi Tan,Xiaomin Tang,Wentao Liu,Anmin Zheng,Wei Chen
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:14 (5): 1198-1207 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.2c03657
摘要

Kinetic quantum sieving (KQS) based on pore size and chemical affinity quantum sieving (CAQS) based on adsorption site are two routes of porous materials to separate hydrogen isotope mixtures. Alkali earth metals (Be, Mg, and Ca) were doped into UiO-67 to explore whether these metal sites can promote H2/D2 separation. Based on the zero-point energy and adsorption enthalpy calculated by density functional theory calculations, the Be dopant shows better H2/D2 separation performance than other alkali earth metal dopants and unsaturated metal sites in metal-organic frameworks based on CAQS. Orbital interaction strongly relates to the chemical affinity and further influences the D2/H2 selectivity. Moreover, the predicted D2/H2 selectivity of Be-doped sites (49.4) at 77 K is even larger than the best experimental result (26). Finally, the different dynamic behaviors of H2 and D2 on Be-doped UiO-67 indicate its strong H2/D2 separation performance via KQS.
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