One Atom Can Make All the Difference: Gas-Induced Phase Transformations in Bisimidazole-Linked Diamondoid Coordination Networks

化学 咪唑 类金刚石 等结构 结晶学 吡啶 巴(单位) 晶体结构 立体化学 分子 药物化学 有机化学 物理 气象学
作者
Kyriaki Koupepidou,Varvara I. Nikolayenko,Debobroto Sensharma,Andrey A. Bezrukov,Matthias Vandichel,Sousa Javan Nikkhah,Dominic C. Castell,Kolade A. Oyekan,Naveen Kumar,Aizhamal Subanbekova,William G. Vandenberghe,Kui Tan,Leonard J. Barbour,Michael J. Zaworotko
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (18): 10197-10207 被引量:18
标识
DOI:10.1021/jacs.3c01113
摘要

Coordination networks (CNs) that undergo gas-induced transformation from closed (nonporous) to open (porous) structures are of potential utility in gas storage applications, but their development is hindered by limited control over their switching mechanisms and pressures. In this work, we report two CNs, [Co(bimpy)(bdc)]n (X-dia-4-Co) and [Co(bimbz)(bdc)]n (X-dia-5-Co) (H2bdc = 1,4-benzendicarboxylic acid; bimpy = 2,5-bis(1H-imidazole-1-yl)pyridine; bimbz = 1,4-bis(1H-imidazole-1-yl)benzene), that both undergo transformation from closed to isostructural open phases involving at least a 27% increase in cell volume. Although X-dia-4-Co and X-dia-5-Co only differ from one another by one atom in their N-donor linkers (bimpy = pyridine, and bimbz = benzene), this results in different pore chemistry and switching mechanisms. Specifically, X-dia-4-Co exhibited a gradual phase transformation with a steady increase in the uptake when exposed to CO2, whereas X-dia-5-Co exhibited a sharp step (type F-IV isotherm) at P/P0≈ 0.008 or P≈ 3 bar (195 or 298 K, respectively). Single-crystal X-ray diffraction, in situ powder XRD, in situ IR, and modeling (density functional theory calculations, and canonical Monte Carlo simulations) studies provide insights into the nature of the switching mechanisms and enable attribution of pronounced differences in sorption properties to the changed pore chemistry.

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