金属有机框架的二氧化碳储存分子筛选

我们报告了一项关于金属有机框架（MOFs）中二氧化碳储存的分子模拟研究。与铝自由和阳离子交换的ZSM-5沸石以及碳纳米管束相比，IRMOF1表现出显著更高的储存能力。将Na(+)阳离子引入沸石仅在低压下提高了储存能力。通过改变金属氧化物、有机连接体、功能团和框架拓扑结构，我们系统地研究了一系列等孔MOFs（IRMOF1、Mg-IRMOF1、Be-IRMOF1、IRMOF1-(NH2)4、IRMOF10、IRMOF13和IRMOF14），以及UMCM-1，一个氟性MOF（F-MOF1），和一个共价有机框架（COF102）。通过添加功能团，二氧化碳的亲和力增强，而通过框架的交错形成限制孔；这两者导致了更大的等容热和亨利常数，从而在低压力下产生更强的吸附。 有机连接体在调节自由体积和可接触表面积方面起着关键作用，并在很大程度上决定了二氧化碳在高压力下的吸附。作为高储存能力和低框架密度的结合，IRMOF10、IRMOF14和UMCM-1在本研究中被确定为最佳的二氧化碳储存材料，甚至超过了实验报告的MOF-177的最高储存能力。COF102是一个在相对低压力下具有高储存能力的有希望的候选者。在30巴下，重力和体积容量与框架密度、自由体积、孔隙率和可接触表面积相关性良好。这些结构—功能关联对二氧化碳容量的预测和对MOFs进行高效能二氧化碳储存的合理筛选具有重要意义。