Understanding and controlling water stability of MOF-74

离解(化学) 金属有机骨架 化学 分子 催化作用 晶体结构 不稳定性 金属 水的自电离 化学物理 化学工程 结晶学 物理化学 吸附 有机化学 物理 机械 工程类
作者
Sebastian Zuluaga,Erika M. A. Fuentes-Fernandez,Kui Tan,Feng Xu,Jing Li,Yves J. Chabal,Timo Thonhauser
出处
期刊:Journal of materials chemistry. A, Materials for energy and sustainability [Royal Society of Chemistry]
卷期号:4 (14): 5176-5183 被引量:190
标识
DOI:10.1039/c5ta10416e
摘要

Metal organic framework (MOF) materials in general, and MOF-74 in particular, have promising properties for many technologically important processes. However, their instability under humid conditions severely restricts practical use. We show that this instability and the accompanying reduction of the CO$_2$ uptake capacity of MOF-74 under humid conditions originate in the water dissociation reaction H$_2$O$\rightarrow$OH+H at the metal centers. After this dissociation, the OH groups coordinate to the metal centers, explaining the reduction in the MOF's CO$_2$ uptake capacity. This reduction thus strongly depends on the catalytic activity of MOF-74 towards the water dissociation reaction. We further show that-while the water molecules themselves only have a negligible effect on the crystal structure of MOF-74-the OH and H products of the dissociation reaction significantly weaken the MOF framework and lead to the observed crystal structure breakdown. With this knowledge, we propose a way to suppress this particular reaction by modifying the MOF-74 structure to increase the water dissociation energy barrier and thus control the stability of the system under humid conditions.
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