CALF-20(Zn) 金属有机框架埃级孔中 CO2 与 H2O 的异常扩散
材料科学
2023-07-19 v1 计算物理
摘要
碳减排是世界面临的一项艰巨挑战。为应对 CO2 的有害影响，已出现多种工艺，包括基于胺溶剂的化学吸收，以及近年来的多孔固体物理吸附。虽然胺法捕集 CO2 较为成熟，但该过程具有腐蚀性且对环境有害。金属有机框架（MOFs）中的物理吸附目前正引起广泛关注，然而最优吸附剂的选择仍具挑战性。尽管从热力学角度对 MOFs 的 CO2 吸附已有广泛研究，其动力学方面仍较少被探索。CALF-20(Zn) MOF 最近被提出作为商业使用的 CO2 13X 沸石吸附剂的一种有前景的替代物，然而对其优异性能微观机制的深入理解尚待实现。在本报告中，我们通过原子尺度模拟提供了 CALF-20(Zn) 中 CO2 和 H2O 的微观洞察。CALF-20(Zn) 表现出非常规的主客体行为，导致了异常的热力学与扩散。该固体的疏水性导致低负载下较低的水吸附焓，随后因强的水氢键而逐渐升高，这些水氢键在 MOF 孔隙中排列为准一维水线，令人联想到碳纳米管与水通道蛋白中的水行为。虽未发现超扩散，但这一行为被证明会影响扩散及客体负载，其最小值与对应于水线形成的吸附等温线拐点相关。有趣的是，CO2 和 H2O 的扩散也被发现具有相同数量级及类似的非线性行为。
引用
@article{arxiv.2307.09200,
title = {Abnormal CO2 and H2O Diffusion in CALF-20(Zn) Metal-Organic Framework Angstropores},
author = {Magnin Yann and Dirand Estelle and Maurin Guillaume and Llewellyn Philip},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.09200},
year = {2023}
}
备注
15 pages, 8 figures