Solvent-derived defects suppress adsorption in MOF-74

格式化 金属有机骨架 溶剂 吸附 密度泛函理论 配体(生物化学) 二甲基甲酰胺 分子动力学 材料科学 金属 化学 计算化学 物理化学 有机化学 催化作用 受体 生物化学
作者
Yao Fu,Yifeng Yao,Alexander C. Forse,Jianhua Li,Kenji Mochizuki,Jeffrey R. Long,Jeffrey A. Reimer,Gaël De Paëpe,Xueqian Kong
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:67
标识
DOI:10.1038/s41467-023-38155-8
摘要

Defects in metal-organic frameworks (MOFs) have great impact on their nano-scale structure and physiochemical properties. However, isolated defects are easily concealed when the frameworks are interrogated by typical characterization methods. In this work, we unveil the presence of solvent-derived formate defects in MOF-74, an important class of MOFs with open metal sites. With multi-dimensional solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) investigations, we uncover the ligand substitution role of formate and its chemical origin from decomposed N,N-dimethylformamide (DMF) solvent. The placement and coordination structure of formate defects are determined by 13C NMR and density functional theory (DFT) calculations. The extra metal-oxygen bonds with formates partially eliminate open metal sites and lead to a quantitative decrease of N2 and CO2 adsorption with respect to the defect concentration. In-situ NMR analysis and molecular simulations of CO2 dynamics elaborate the adsorption mechanisms in defective MOF-74. Our study establishes comprehensive strategies to search, elucidate and manipulate defects in MOFs.
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