High-throughput screening of hypothetical metal-organic frameworks for thermal conductivity

热导率 金属有机骨架 热的 材料科学 电导率 金属 纳米技术 吸附 热力学 化学 物理化学 物理 复合材料 冶金
作者
Meiirbek Islamov,Hasan Babaei,Ryther Anderson,Kutay B. Sezginel,Jeffrey R. Long,Alan J. H. McGaughey,Diego A. Gómez‐Gualdrón,Christopher E. Wilmer
出处
期刊:npj computational materials [Nature Portfolio]
卷期号:9 (1) 被引量:48
标识
DOI:10.1038/s41524-022-00961-x
摘要

Abstract Thermal energy management in metal-organic frameworks (MOFs) is an important, yet often neglected, challenge for many adsorption-based applications such as gas storage and separations. Despite its importance, there is insufficient understanding of the structure-property relationships governing thermal transport in MOFs. To provide a data-driven perspective into these relationships, here we perform large-scale computational screening of thermal conductivity k in MOFs, leveraging classical molecular dynamics simulations and 10,194 hypothetical MOFs created using the ToBaCCo 3.0 code. We found that high thermal conductivity in MOFs is favored by high densities (> 1.0 g cm −3 ), small pores (< 10 Å), and four-connected metal nodes. We also found that 36 MOFs exhibit ultra-low thermal conductivity (< 0.02 W m −1 K −1 ), which is primarily due to having extremely large pores (~65 Å). Furthermore, we discovered six hypothetical MOFs with very high thermal conductivity (> 10 W m −1 K −1 ), the structures of which we describe in additional detail.
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