Screening of Covalent–Organic Frameworks for Adsorption Heat Pumps

吸附 材料科学 共价键 热力学 金属有机骨架 性能系数 共价有机骨架 热泵 物理化学 有机化学 化学 热交换器 物理
作者
Wei Li,Xiaoxiao Xia,Song Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (2): 3265-3273 被引量:43
标识
DOI:10.1021/acsami.9b20837
摘要

Exploring high-performing adsorption-driven heat pumps (AHPs) remains a challenging task owing to the low working capacity, high regeneration temperature, and low energy efficiency of conventional adsorbents. Quick discovery of the novel promising adsorbents could help to improve the coefficient of performance of AHPs for heating (COPH) and cooling (COPC). Herein, we reported an approach to identify the high-performing covalent-organic frameworks (COFs) for heating, cooling, and ice making by high-throughput computational screening based on grand canonical Monte Carlo simulations and, for the first time, machine learning. It was demonstrated that compared with metal-organic frameworks (MOFs), COFs were more suitable adsorbents of AHPs for cooling because of their weak interaction toward ethanol that favors stepwise adsorption. Structure-property relationship analysis revealed that the average enthalpy of adsorption commensurate with the enthalpy of evaporation will benefit the performance of AHPs besides the high working capacity and low step positions of adsorption isotherms. In order to reduce the computational cost of screening, a random forest model was developed to successfully predict the COPC of both COFs and MOFs.

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