First principles study of enhanced CO2 adsorption on MOF-253 by salt-insertion
First principles study of enhanced CO2 adsorption on MOF-253 by salt-insertion
复制标题
MOF-253 盐插入增强 CO2 吸附的第一性原理研究
DOI：
10.1016/j.commatsci.2015.09.006
复制
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Qiuju Zhang
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Yang Wu;Lihong Wei;Liang Chen;Qiuju Zhang
用DFT-D2方法研究了盐络合型MOF-253分子筛的基本电子变化，发现PdCl2和Cu(BF4)2络合后对CO_2的吸附增强。在裸MOF253分子筛中，两个N原子优先取向于2，2‘-联吡啶的对侧，产生−0.15eV的CO2吸附能，这主要贡献于实验测定的−0.24eV的同位素热能。在盐插入后，两个吡啶环旋转到同一侧，以保持结合在NN原子上的盐。虽然PdCl2的插入并没有显著地增强CO2的吸附，但偶极极化通过增加PdSingle BondCl键和共键中心来产生多个吸附中心，从而增加了所生成材料的吸附容量。铜(BF_4)_2的络合作用显著提高了CO_2对CO_2的吸附能0.49 eV，这归因于铜离子的大正电荷与−中的O原子发生显著的静电相互作用。我们的计算结果证明了盐插入过程中固有电子分布对CO_2吸附的影响，并清楚地解释了在MOF-253上负载铜(BF_4)_2后观察到的CO_2吸收增加7kJ/mol的现象。这项研究为选择理想的盐与开放的BPY连接体进行螯合以提高气体吸收提供了新的见解，并说明了MOF-253催化在天然气转化中的潜在应用。
We investigated the basic electron variation in salt-chelated MOF-253 and revealed increased CO2adsorption by chelating PdCl2and Cu(BF4)2through the DFT-D2 method. The two N atoms preferentially orient to opposite side of the 2,2′-bipyridine (bpy) in bare MOF-253 to yield a CO2adsorption energy of −0.15 eV, which mainly contributes to the experimentally determined isotopic heat energy of −0.24 eV. Following salt insertion, the two pyridine rings rotate to the same side to hold the salt that binds on NN atoms. While PdCl2insertion does not significantly enhance CO2adsorption, dipole polarization creates multiple adsorption sites by adding a Pdsingle bondCl bond and co-linker site, thereby increasing the adsorption capacity of the resultant material. Cu(BF4)2chelation significantly increases the CO2adsorption energy to −0.49 eV, which is ascribed to the large positive charge of the Cu ion inducing significant electrostatic interactions with the O atom of CO2. Our calculation results demonstrate the effect of inherent electron distribution during salt insertion on CO2adsorption and clearly explain the observed 7 kJ/mol enhancement in CO2absorption upon loading of Cu(BF4)2on MOF-253. This study provides new insights into the selection of an ideal salt for chelation with the open bpy linker to improve gas uptake and illustrates the potential application of catalysis by MOF-253 to gas conversion.
登录
查看更多内容
影响因子：
3
作者：
Grimme, Stefan
通讯作者：
Grimme, Stefan
影响因子：
15
作者：
Poloni, Roberta;Smit, Berend;Neaton, Jeffrey B.
通讯作者：
Neaton, Jeffrey B.
影响因子：
3.7
作者：
Kresse, G;Furthmuller, J
通讯作者：
Furthmuller, J
影响因子：
4.3
作者：
Alaerts, Luc;Seguin, Etienne;De Vos, Dirk E.
通讯作者：
De Vos, Dirk E.
影响因子：
8.6
作者：
J. Perdew;K. Burke;M. Ernzerhof
通讯作者：
J. Perdew;K. Burke;M. Ernzerhof