Molecular Level Understanding of the Free Energy Landscape in Early Stages of Metal–Organic Framework Nucleation

化学 成核 小型商用车 水溶液中的金属离子 能源景观 元动力学 离子 结晶度 化学物理 分子动力学 溶剂 结晶学 物理化学 计算化学 金属有机骨架 有机化学 吸附 生物化学
作者
Loukas Kollias,David C. Cantú,Marcus A. Tubbs,Roger Rousseau,Vassiliki Alexandra Glezakou,Matteo Salvalaglio
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:141 (14): 6073-6081 被引量:23
标识
DOI:10.1021/jacs.9b01829
摘要

The assembly mechanism of Metal-Organic Frameworks (MOFs) is controlled by the choice of solvent and the presence of spectator ions. In this paper, we apply enhanced sampling molecular dynamics methods to investigate the role of solvent and ions in the early stages of the synthesis of MIL-101(Cr). Microsecond-long well-tempered metadynamics simulations uncover a rich structural free energy landscape, with secondary building units (SBUs) adopting distinct crystal and noncrystal like configurations. In the presence of ions (Na+, F-), we observe a complex effect on the crystallinity of SBUs. By modulating the interactions between terephthalate linkers and Cr atoms, ions affect the abundance of crystal-like SBUs, consequently controlling the percentage of defects. Solvent effects are assessed by comparing water with N, N-dimethylformamide, in which SBU adducts are appreciably more stable and compact. These results shed light on how solvent and ionic strength impact the free energy of the assembly phenomena that ultimately control material synthesis.
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