Synthesis of MIL-102, a Chromium Carboxylate Metal−Organic Framework, with Gas Sorption Analysis

化学 羧酸盐 氢键 吸附 分子 热重分析 无机化学 吸附 结晶学 金属有机骨架 顺磁性 水溶液 热液循环 物理化学 化学工程 有机化学 物理 量子力学 工程类
作者
Suzy Surblé,Franck Millange,Christian Serre,Tina Düren,M. Latroche,Sandrine Bourrelly,Philip L. Llewellyn,Gérard Férey
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:128 (46): 14889-14896 被引量:242
标识
DOI:10.1021/ja064343u
摘要

A new three-dimensional chromium(III) naphthalene tetracarboxylate, CrIII3O(H2O)2F{C10H4(CO2)4}1.5.6H2O (MIL-102), has been synthesized under hydrothermal conditions from an aqueous mixture of Cr(NO3)3.9H2O, naphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic acid, and HF. Its structure, solved ab initio from X-ray powder diffraction data, is built up from the connection of trimers of trivalent chromium octahedra and tetracarboxylate moieties. This creates a three-dimensional structure with an array of small one-dimensional channels filled with free water molecules, which interact through hydrogen bonds with terminal water molecules and oxygen atoms from the carboxylates. Thermogravimetric analysis and X-ray thermodiffractometry indicate that MIL-102 is stable up to approximately 300 degrees C and shows zeolitic behavior. Due to topological frustration effects, MIL-102 remains paramagnetic down to 5 K. Finally, MIL-102 exhibits a hydrogen storage capacity of approximately 1.0 wt % at 77 K when loaded at 3.5 MPa (35 bar). The hydrogen uptake is discussed in relation with the structural characteristics and the molecular simulation results. The adsorption behavior of MIL-102 at 304 K resembles that of small-pore zeolites, such as silicalite. Indeed, the isotherms of CO2, CH4, and N2 show a maximum uptake at 0.5 MPa, with no further significant adsorption up to 3 MPa. Crystal data for MIL-102: hexagonal space group P(-)6 (No. 169), a = 12.632(1) A, c = 9.622(1) A.

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