A Comparative Study of Proton Conduction Between a 2D Zinc(II) MOF and Its Corresponding Organic Ligand

化学 配体(生物化学) 电导率 质子 氢键 锌 金属有机骨架 晶体结构 氯化物 无机化学 离子 结晶学 分子 物理化学 有机化学 生物化学 物理 受体 量子力学 吸附
作者
Zhi‐Qiang Shi,Ning‐Ning Ji,Minghao Wang,Gang Li
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:59 (7): 4781-4789 被引量:97
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.0c00053
摘要

Until now, comparative studies on proton conductivity between organic ligands and related metal-organic frameworks (MOFs) have been very limited. Herein, a stable 2D Zn(II) MOF, [Zn(L)Cl]n (1), has been successfully synthesized by using a zwitterionic-type organic ligand, 2-(1-(carboxymethyl)-1H-benzo[d]imidazol-3-ium-3-yl)acetate (HL). It is found that there are a large amount of free carboxyl groups and hydrogen bonds in the solid-state structure of HL, and a large number of chlorine ions are aligned in the channels of 1, which is favorable to the efficient proton transfer. Correspondingly, the proton conductivity values of 1 and HL are almost of the same order of magnitude under the same conditions. Moreover, the optimal σ value of 1 (4.72 × 10-3 S/cm at 100 °C and 98% relative humidity) is almost four times higher than that (1.36 × 10-3 S/cm) of the HL ligand. On the basis of the crystal data, SEM images, and calculated Ea values, we discuss the differences on proton conductivities and conduction mechanisms of 1 and HL. This report provides an inspiration for the preparation of highly conductive materials with free carboxyl groups and chloride ions.
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