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 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 吸附 受体 物理 量子力学 生物化学
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:84
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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