官能团修饰对MOF-5的气体分子吸附影响

陈驰 庞军 韩爽 张碧霞 黄苑 缪灵 江建军

引用本文: 陈驰, 庞军, 韩爽, 张碧霞, 黄苑, 缪灵, 江建军. 官能团修饰对MOF-5的气体分子吸附影响[J]. 物理化学学报, 2012, 28(01): 189-194. doi: 10.3866/PKU.WHXB201111152 shu
Citation:  CHEN Chi, PANG Jun, HAN Shuang, ZHANG Bi-Xia, HUANG Yuan, MIAO Ling, JIANG Jian-Jun. Influence of Functional Group Decoration on Gas Adsorption in MOF-5[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2012, 28(01): 189-194. doi: 10.3866/PKU.WHXB201111152 shu

官能团修饰对MOF-5的气体分子吸附影响

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(50771047)资助项目 (50771047)

摘要: 采用紧束缚近似计算方法, 研究了金属有机骨架(MOF-5)和不同官能团(―NO2, ―NH2, ―CH3, ―OZn)修饰后的MOF-5 不同吸附位点的CO2等温室气体和部分工业废气吸附性能以及对不同气体的选择性吸附能力. 结果表明, 对于未修饰的MOF-5, 位点I 和II 是主要的吸附位点, 最大吸附能可达-0.25 eV. 官能团修饰提高了MOF-5对CO2的吸附能力, 其与官能团活性和局部位型密切相关. 其中―NO2修饰使各位点的CO2吸附能力都有一定提高. 同时, ―NO2 修饰后MOF-5 对空气环境(O2, N2, H2O 和CO2), 工业废气环境(CO2, CO, NO,NO2, SO2, SO3)中不同气体有明显的选择性吸附能力.

English

    1. [1]

      (1) Liang, Z. J.; Marshall, M.; Chaffee, A. L. Microporous and Mesoporous Materials 2010, 132, 305.  (1) Liang, Z. J.; Marshall, M.; Chaffee, A. L. Microporous and Mesoporous Materials 2010, 132, 305.  

    2. [2]

      (2) Tomic, E. A. Journal of Applied Polymer Science 1965, 9, 3745.  (2) Tomic, E. A. Journal of Applied Polymer Science 1965, 9, 3745.  

    3. [3]

      (3) James, S. L. Chem. Soc. Rev. 2003, 32, 276.  (3) James, S. L. Chem. Soc. Rev. 2003, 32, 276.  

    4. [4]

      (4) Rowsell, J. L. C.; Yaghi, O. M. Microporous and Mesoporous Materials 2004, 73, 3.  (4) Rowsell, J. L. C.; Yaghi, O. M. Microporous and Mesoporous Materials 2004, 73, 3.  

    5. [5]

      (5) Kurmoo, M. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1353.  (5) Kurmoo, M. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1353.  

    6. [6]

      (6) Li, J. R.; Kuppler, R. J.; Zhou, H. C. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1477.  (6) Li, J. R.; Kuppler, R. J.; Zhou, H. C. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1477.  

    7. [7]

      (7) Murray, L. J.; Dinca, M.; Long, J. R. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1294.  (7) Murray, L. J.; Dinca, M.; Long, J. R. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1294.  

    8. [8]

      (8) Millward, A. R.; Yaghi, O. M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 17998.  (8) Millward, A. R.; Yaghi, O. M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 17998.  

    9. [9]

      (9) Kondo, M.; Yoshitomi, T.; Seki, K.; Matsuzaka, H.; Kitagawa, S. Angew. Chem. Int. Edit. Engl. 1997, 36, 1725.  (9) Kondo, M.; Yoshitomi, T.; Seki, K.; Matsuzaka, H.; Kitagawa, S. Angew. Chem. Int. Edit. Engl. 1997, 36, 1725.  

    10. [10]

      (10) Yang, C.;Wang, X. P.; Omary, M. A. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 15454.  (10) Yang, C.;Wang, X. P.; Omary, M. A. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 15454.  

    11. [11]

      (11) Llewellyn, P. L.; Bourrelly, S.; Serre, C.; Vimont, A.; Daturi, M.; Hamon, L.; DeWeireld, G.; Chang, J. S.; Hong, D. Y.; Hwang, Y. K.; Jhung, S. H.; Ferey, G. Langmuir 2008, 24, 7245.  (11) Llewellyn, P. L.; Bourrelly, S.; Serre, C.; Vimont, A.; Daturi, M.; Hamon, L.; DeWeireld, G.; Chang, J. S.; Hong, D. Y.; Hwang, Y. K.; Jhung, S. H.; Ferey, G. Langmuir 2008, 24, 7245.  

    12. [12]

      (12) Glover, T. G.; Peterson, G.W.; Schindler, B. J.; Britt, D.; Yaghi, O. M. Chemical Engineering Science 2011, 66, 163.  (12) Glover, T. G.; Peterson, G.W.; Schindler, B. J.; Britt, D.; Yaghi, O. M. Chemical Engineering Science 2011, 66, 163.  

    13. [13]

      (13) Watanabe, T.; Sholl, D. S. J. Chem. Phys. 2010, 133, 094509.  (13) Watanabe, T.; Sholl, D. S. J. Chem. Phys. 2010, 133, 094509.  

    14. [14]

      (14) Cao,W. X.; Li, Y.W.;Wang, L.; Liao, S. J. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 13829.  (14) Cao,W. X.; Li, Y.W.;Wang, L.; Liao, S. J. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 13829.  

    15. [15]

      (15) Krishna, R.; Long, J. R. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 12941.  (15) Krishna, R.; Long, J. R. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 12941.  

    16. [16]

      (16) Li, H. L.; Eddaoudi, M.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Nature 1999, 402, 276.  (16) Li, H. L.; Eddaoudi, M.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Nature 1999, 402, 276.  

    17. [17]

      (17) Walton, K. S.; Millward, A. R.; Dubbeldam, D. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 406.  (17) Walton, K. S.; Millward, A. R.; Dubbeldam, D. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 406.  

    18. [18]

      (18) Babarao, R.; Jiang, J.W. Langmuir 2008, 24, 5474.  (18) Babarao, R.; Jiang, J.W. Langmuir 2008, 24, 5474.  

    19. [19]

      (19) Rowsell, J. L. C.; Spencer, E. C.; Eckert, J. Science 2005, 309, 1350.  (19) Rowsell, J. L. C.; Spencer, E. C.; Eckert, J. Science 2005, 309, 1350.  

    20. [20]

      (20) Blomqvist, A.; Araujo, C. M.; Srepusharawoot, P.; Ahuja, R. PNAS 2007, 104, 20173.  (20) Blomqvist, A.; Araujo, C. M.; Srepusharawoot, P.; Ahuja, R. PNAS 2007, 104, 20173.  

    21. [21]

      (21) Deng, H. X.; Doonan, C. J.; Furukawa, H.; Ferreira, R. B.; Towne, J.; Knobler, C. B.;Wang, B.; Yaghi, O. M. Science 2010, 327, 846.  (21) Deng, H. X.; Doonan, C. J.; Furukawa, H.; Ferreira, R. B.; Towne, J.; Knobler, C. B.;Wang, B.; Yaghi, O. M. Science 2010, 327, 846.  

    22. [22]

      (22) Zeng, Y. Y.; Zhang, B. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2008, 24, 1493. [曾余瑶, 张秉坚. 物理化学学报, 2008, 24, 1493.](22) Zeng, Y. Y.; Zhang, B. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2008, 24, 1493. [曾余瑶, 张秉坚. 物理化学学报, 2008, 24, 1493.]

    23. [23]

      (23) Elstner, M.; Porezag, D.; Jungnickel, G.; Elsner, J.; Haugk, M.; Frauenheim, T.; Suhai, S.; Seifert, G. Phys. Rev. B 1998, 58, 7260.  (23) Elstner, M.; Porezag, D.; Jungnickel, G.; Elsner, J.; Haugk, M.; Frauenheim, T.; Suhai, S.; Seifert, G. Phys. Rev. B 1998, 58, 7260.  

    24. [24]

      (24) Aradi, B.; Hourahine, B.; Frauenheim, T. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 5678.  (24) Aradi, B.; Hourahine, B.; Frauenheim, T. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 5678.  

    25. [25]

      (25) http://www.dftb.org/(25) http://www.dftb.org/

    26. [26]

      (26) Hohenberg, P.; Kohn,W. Phys. Rev. 1964, 136, B864.(26) Hohenberg, P.; Kohn,W. Phys. Rev. 1964, 136, B864.

    27. [27]

      (27) Kohn,W.; Sham, L. J. Phys. Rev. 1965, 140, A1133.(27) Kohn,W.; Sham, L. J. Phys. Rev. 1965, 140, A1133.

    28. [28]

      (28) Portal, D. S.; Ordejón, P.; Artacho, E.; Soler, J. M. J. Quantum Chem. 1997, 65, 453.  (28) Portal, D. S.; Ordejón, P.; Artacho, E.; Soler, J. M. J. Quantum Chem. 1997, 65, 453.  

    29. [29]

      (29) Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865.  (29) Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865.  

    30. [30]

      (30) Zhang, Z.W.; Li, J. C.; Jiang, Q. Front. Phys. 2011, 6 (2), 162.(30) Zhang, Z.W.; Li, J. C.; Jiang, Q. Front. Phys. 2011, 6 (2), 162.

    31. [31]

      (31) Grajciar, L.; D.Wiersum, A.; Llewellyn, L. P.; Chang, J. S.; Nachtigall, P. J. Phys. Chem. C 2011, DOI: 10.1021/jp206002d.(31) Grajciar, L.; D.Wiersum, A.; Llewellyn, L. P.; Chang, J. S.; Nachtigall, P. J. Phys. Chem. C 2011, DOI: 10.1021/jp206002d.

    32. [32]

      (32) Dubbeldam, D.; Frost, H.;Walton, K. S.; Snurr, R. Q. Fluid Phase Equilibria 2007, 61, 152.(32) Dubbeldam, D.; Frost, H.;Walton, K. S.; Snurr, R. Q. Fluid Phase Equilibria 2007, 61, 152.

    33. [33]

      (33) Yildirim, T.; Hartman, M. R. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 215504.  (33) Yildirim, T.; Hartman, M. R. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 215504.  

    34. [34]

      (34) Xu, Q.; Liu, D. H.; Yang, Q. Y.; Zhong, C. L.; Mi, J. G. J. Mater. Chem. 2010, 20, 706.  (34) Xu, Q.; Liu, D. H.; Yang, Q. Y.; Zhong, C. L.; Mi, J. G. J. Mater. Chem. 2010, 20, 706.  

    35. [35]

      (35) Yang, Q.; Ma, L.; Zhong, C.; An, X. H.; Liu, D. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 2790.  (35) Yang, Q.; Ma, L.; Zhong, C.; An, X. H.; Liu, D. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 2790.  

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1123
  • 文章访问数:  3482
  • HTML全文浏览量:  23
文章相关
  • 发布日期:  2011-12-29
  • 收稿日期:  2011-09-09
  • 网络出版日期:  2011-11-15
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章