在共价有机框架中探测客分子的自我扩散:模拟和实验
Lars Grunenberg1,2, Christopher Keßler3, Tiong Wei Teh3
1Max Planck Institute for Solid State Research, Heisenbergstr. 1, Stuttgart 70569, Germany.
ACS nano
|June 11, 2024
概括
研究共价有机框架 (COFs) 中的客分子扩散揭示了物质结构如何影响运输. 较高孔隙度的COF允许更快的1D扩散,而较低孔隙度的材料显示较慢的,同otropic运动.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 物理化学 物理化学
- 化学工程是化学工程的重要组成部分.
背景情况:
- 性有机框架 (COF) 是一种多孔材料,主要通过物理吸收来研究.
- 了解COF中的客分子自我扩散对于分子分离和催化等应用至关重要.
- 封闭效应和COF孔内的运输限制需要详细调查.
研究的目的:
- 量化阿尼和的自我扩散,在1D道内 imine-linked COFs.
- 研究结晶性和多孔性的对COF分子扩散的影响.
- 为了将实验扩散数据与分子动力学模拟相关联.
主要方法:
- 脉冲场梯度核磁共振 (PFG NMR) 测量.
- 分子动力学 (MD) 模拟.分子动力学 (MD) 模拟.
- 使用了两种因胺结合的COF (PI-3-COF),其结晶度和多孔度各不相同.
主要成果:
- 较高的结晶度/多孔度的COF显示出异型乙二扩散 (D_par = 6.1(3) × 10−10 m2 s−1),表明1D运输和7.4倍的减少与散装相比.
- 由于扩散障碍,较低孔径的COF显著减少,异型扩散 (D_B = 1.4(1) × 10−11 m2 s−1).
- 的扩散系数在高度和低度样本中遵循了类似的趋势.
结论:
- 真实结构效应 (堆叠缺陷,粒度边界) 显著影响COF中的远程分子扩散性.
- COF的多孔性和结晶性决定了客分子的运输行为.
- 有效的晶体内传输可以在COF中发生在短的扩散时间中,尽管结构不完美.
