Aqueous Stability of Metal–Organic Frameworks Using ReaxFF-Based Metadynamics Simulations

雷亚克夫 元动力学 分子动力学 水溶液 范德瓦尔斯力 化学 吸附 分子 金属有机骨架 力场(虚构) 化学物理 材料科学 计算化学 化学工程 物理化学 有机化学 原子间势 工程类 人工智能 计算机科学
作者
Yongjian Yang,Yun Kyung Shin,Hideaki Ooe,Xinyang Yin,X. Zhang,Adri C. T. van Duin,Yasuhiro Murase,John C. Mauro
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry B [American Chemical Society]
卷期号:127 (28): 6374-6384 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.jpcb.3c00563
摘要

Aqueous stability is a critical property for the application of metal–organic framework (MOF) materials in humid conditions. The sampling of the free energy surface for a water reaction is challenging due to a lack of a reactive force field. Here, we developed a ReaxFF force field for simulating the reaction of zeolitic imidazole frameworks (ZIFs) with water. We carried out metadynamics simulations based on ReaxFF to study the reaction of water with a few different types of MOFs. We also conducted an experimental water immersion test and characterized the XRD, TG, and gas adsorption properties of the MOFs before and after the immersion test. By considering the energy barrier for a hydrolysis reaction, the simulation results are in good agreement with the experiments. MOFs with open structures and large pores are found to be unstable in metadynamics simulations, where the water molecule can attack or bond with the metallic node relatively easily. In contrast, it is more difficult for water to attack the Zn atom in the ZnN4 tetrahedral structure of ZIFs. We also found that ZIFs with the −NO2 functional groups have higher water stability. Discrepancies between the metadynamics simulation and gas adsorption experiments have been accounted for from the phase/crystallinity change of the structure reflected in the X-ray diffraction and thermogravimetry analysis of the MOF samples.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
叶子发布了新的文献求助20
刚刚
Bigwang发布了新的文献求助10
刚刚
DEUX完成签到,获得积分10
5秒前
66完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
FY完成签到 ,获得积分10
6秒前
繁花完成签到,获得积分10
6秒前
EgbertW完成签到,获得积分10
9秒前
10秒前
molihuakai应助精明梦柏采纳,获得10
10秒前
10秒前
李博士完成签到,获得积分10
10秒前
苹果以云完成签到,获得积分10
11秒前
11秒前
杉杉发布了新的文献求助10
12秒前
molihuakai应助海城好人采纳,获得10
13秒前
李健应助俏皮代丝采纳,获得10
14秒前
allrubbish完成签到,获得积分10
16秒前
梦丽有人完成签到,获得积分10
16秒前
满意亦玉发布了新的文献求助10
16秒前
小二郎应助Bigwang采纳,获得10
16秒前
酷波er应助痴情的夏旋采纳,获得10
16秒前
17秒前
腼腆的寒风完成签到 ,获得积分10
18秒前
小小薛完成签到,获得积分10
19秒前
连南烟发布了新的文献求助20
19秒前
20秒前
天天快乐应助紧张的剑心采纳,获得50
21秒前
xx完成签到,获得积分10
21秒前
霏霏发布了新的文献求助10
23秒前
繁荣的萝莉完成签到,获得积分10
24秒前
夏木发布了新的文献求助10
25秒前
科研通AI2S应助归零者采纳,获得10
25秒前
蓝天应助ALICEJACK采纳,获得10
30秒前
31秒前
32秒前
32秒前
香蕉觅云应助王qq采纳,获得20
33秒前
五氧化二磷完成签到,获得积分10
33秒前
小电驴完成签到,获得积分10
34秒前
高分求助中
The Graphene Handbook (2019 Edition) 800
Signals, Systems, and Signal Processing 610
IEST-RP-CC018: Cleanroom Cleaning and Sanitization: Operating and Monitoring Procedures 600
Fundamentals of Pharmaceutical and Biologics Regulations: A Global Perspective, Second Edition 600
久松真一著作集〈第5巻〉禅と芸術 500
Fundamentals of Modern Mathematics: A Practical Review (Dover Books on Mathematics) 500
Cold War Transcended: Australia's China Policy, 1949-1990 470
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6598482
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8368024
关于积分的说明 17911291
捐赠科研通 5752341
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2953724
邀请新用户注册赠送积分活动 1928969
关于科研通互助平台的介绍 1823693