金属有機框架からの燃料における有機硫黄化合物の吸着に関する実験的/計算的研究

本研究では、モデル燃料中の有機硫黄化合物の金属有機フレームワーク（MOFs）上での吸着を、実験的および計算的アプローチを組み合わせて調査します。三種類のMOFs、MIL-101(Cr)、MIL-100(Fe)、およびCu-BTCの吸着等温線はLangmuir等温線モデルに従い、Cu-BTCはジベンゾチオフェン（DBT）および4,6-ジメチルジベンゾチオフェン（4,6-DMDBT）に対して最も高い吸着能力を示し、これはCu-BTC上の吸着サイトの密度が最も高く、かなり強い吸着サイトを持つためです。実験結果は、モデル燃料中のさまざまな化合物の吸着選択性がキノリン（Qu） > インドール（In） > DBT > 4,6-DMDBT > ナフタレン（Nap）の順に従い、これは計算された結合エネルギーの順番と一致します。チオフェン化合物の吸着能力は、Qu、In、または水の導入により顕著に減少し、これはそれらがCu-BTC上の配位的に不飽和なCuサイトに対して強い競争的吸着を行うためです。Qu、In、H2O、およびDBTの結合エネルギーはそれぞれ-56.04、-41.01、-50.27、-27.52 kJ/molとして計算されました。実験結果と計算結果は、Cu-BTC上でのチオフェン化合物の吸着強度が、チオフェンの共役π系（π-M）と硫黄原子の孤立電子対（σ-M）との相互作用、およびCu-BTC上の配位的に不飽和なサイト（CUS）によって支配されていることを示唆しています。チオフェン化合物の4位および/または6位のアルキル基は、π-M相互作用を増加させる電子供与体およびσ-M相互作用を減少させる立体障害因子として機能します。強力で高密度のCUSを持つMOFは、燃料のADSの有望な材料となる可能性があります。