Creating Optimal Pockets in a Clathrochelate-Based Metal–Organic Framework for Gas Adsorption and Separation: Experimental and Computational Studies

化学 密度泛函理论 金属有机骨架 氙气 自然键轨道 吸附 巴(单位) 计算化学 物理化学 纳米技术 拓扑(电路) 化学物理 有机化学 物理 材料科学 气象学 组合数学 数学
作者
Wei Gong,Yi Xie,Thang Duc Pham,Suchetha Shetty,Florencia A. Son,Karam B. Idrees,Zhijie Chen,Haomiao Xie,Yan Liu,Randall Q. Snurr,Banglin Chen,Bassam Alameddine,Yong Cui,Omar K. Farha
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (8): 3737-3745 被引量:147
标识
DOI:10.1021/jacs.2c00011
摘要

The rational design and synthesis of robust metal–organic frameworks (MOFs) based on novel organic building blocks are fundamental aspects of reticular chemistry. Beyond simply fabricating new organic linkers, however, it is important to elucidate structure–property relationships at the molecular level to develop high-performing materials. In this work, we successfully targeted a highly porous and robust cage-type MOF (NU-200) with an nbo-derived fof topology through the deliberate assembly of a cyclohexane-functionalized iron(II)-clathrochelate-based meta-benzenedicarboxylate linker with a Cu2(CO2)4 secondary building unit (SBU). NU-200 exhibited an outstanding adsorption capacity of xenon and a high ideal adsorbed solution theory (IAST) predicted selectivity for a 20/80 v/v mixture of xenon (Xe)/krypton (Kr) at 298 K and 1.0 bar. Our extensive computational simulations with grand canonical Monte Carlo (GCMC) and density functional theory (DFT) on NU-200 indicated that the MOF's hierarchical bowl-shaped nanopockets surrounded by custom-designed cyclohexyl groups─instead of the conventionally believed open metal sites (OMSs)─played a crucial role in reinforcing Xe-binding affinity. The optimally sized pockets firmly trapped Xe through numerous supramolecular interactions including Xe···H, Xe···O, and Xe···π. Additionally, we validated the unique pocket confinement effect by experimentally and computationally employing the similarly sized probe, sulfur dioxide (SO2), which provided significant insights into the molecular underpinnings of the high uptake of SO2 (11.7 mmol g–1), especially at a low pressure of 0.1 bar (8.5 mmol g–1). This work therefore can facilitate the judicious design of organic building blocks, producing MOFs featuring tailor-made pockets to boost gas adsorption and separation performances.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

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
刚刚
xxxg郭完成签到 ,获得积分10
刚刚
Jally发布了新的文献求助10
刚刚
mera完成签到,获得积分10
刚刚
刚刚
zhang完成签到,获得积分20
1秒前
美好斓发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
吃次吃次发布了新的文献求助10
2秒前
吴裕玲发布了新的文献求助10
3秒前
justMYF发布了新的文献求助10
3秒前
avoidant完成签到,获得积分20
4秒前
儒雅绿草完成签到,获得积分10
4秒前
小满发布了新的文献求助10
4秒前
舒心的雍应助王小西采纳,获得10
5秒前
lyy227完成签到,获得积分10
5秒前
蒺藜发布了新的文献求助10
5秒前
姜姜完成签到 ,获得积分10
5秒前
big11发布了新的文献求助10
7秒前
depurge完成签到,获得积分10
8秒前
善学以致用应助儒雅绿草采纳,获得10
8秒前
朱朱朱完成签到,获得积分10
8秒前
ma化疼没木完成签到,获得积分10
8秒前
Akim应助avoidant采纳,获得10
8秒前
完美世界应助LG采纳,获得10
9秒前
9秒前
9秒前
9秒前
霸气南珍发布了新的文献求助30
13秒前
TK发布了新的文献求助10
13秒前
王小西完成签到,获得积分10
13秒前
林某某发布了新的文献求助10
14秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
14秒前
李鸣笛发布了新的文献求助10
15秒前
16秒前
16秒前
默幻弦完成签到,获得积分10
16秒前
16秒前
赘婿应助臭球罗萨采纳,获得10
17秒前
17秒前
高分求助中
2025-2031全球及中国金刚石触媒粉行业研究及十五五规划分析报告 40000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Introduction to strong mixing conditions volume 1-3 5000
Agyptische Geschichte der 21.30. Dynastie 3000
Les Mantodea de guyane 2000
„Semitische Wissenschaften“? 1510
从k到英国情人 1500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5752593
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 5475403
关于积分的说明 15374284
捐赠科研通 4891504
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2630504
邀请新用户注册赠送积分活动 1578710
关于科研通互助平台的介绍 1534618