Surface interactions and quantum kinetic molecular sieving for H 2 and D2 adsorption on a mixed metal-organic framework material

Journal of the American Chemical Society

Volumn 130, Issue 20, 2008, Pages 6411-6423

  Chen, Banglin ^b   Zhao, Xuebo ^a   Putkham, Apipong ^a   Hong, Kunlun ^d   Lobkovsky, Emil B ^c   Hurtado, Eric J ^b   Fletcher, Ashleigh J ^a   Thomas, K Mark ^a  

^a NEWCASTLE UNIVERSITY   (United Kingdom)

^b UNIVERSITY OF TEXAS PAN AMERICAN   (United States)

^c Department of Obstetrics Gynecology   (United States)

^d OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ADSORPTION; MOLECULAR SIEVES; POROUS MATERIALS; QUANTUM CHEMISTRY;

METAL-ORGANIC FRAMEWORK MATERIALS; QUANTUM KINETICS; ULTRAMICROPOROSITY;

HYDROGEN;

COPPER; HYDROGEN; ISOTOPE; METAL; ORGANIC COMPOUND;

ADSORPTION; ADSORPTION KINETICS; ARTICLE; CRYSTALLOGRAPHY; DIFFUSION COEFFICIENT; ENTHALPY; ISOTHERM; MOLECULAR INTERACTION; MOLECULE; PHYSICAL CHEMISTRY; POROSITY; QUANTUM CHEMISTRY; STRUCTURE ANALYSIS; SURFACE PROPERTY; TEMPERATURE DEPENDENCE;

EID: 43949089483     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja710144k     Document Type: Article

References (118)

1. Kepert, C. J. Chem. Commun. 2006, 7, 695-700.
2. Horike, S.; Matsuda, R.; Tanaka, D.; Mizuno, M.; Endo, K.; Kitagawa, S. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 4222-4223.
3. Lu, Z.; Wen, L.; Ni, Z.; Li, Y.; Zhu, H.; Meng, Q. Cryst. Growth Desm 2007, 7, 268-274.
4. Fang, Q.; Zhu, G.; Xue, M.; Sun, J.; Sun, F.; Qiu, S. Inorg. Chem. 2006, 45, 3582-3587.
5. Dybtsev, D. N.; Nuzhdin, A. L.; Chun, H.; Bryliakov, K. P.; Talsi, E. P.; Fedin, V. P.; Kim, K. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 916-920.
6. Vaidhyanathan, R.; Bradshaw, D.; Rebilly, J. N.; Barrio, J. P.; Gould, J. A.; Berry, N. G.; Rosseinsky, M. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 6495-6499.
7. Petoud, S.; Muller, G.; Moore, E. G.; Xu, J.; Sokolnicki, J.; Riehl, J. P.; Le, U. N.; Cohen, S. M.; Raymond, K. N. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 77-83.
8. Kaneko, W.; Kitagawa, S.; Ohba, M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 248-249.
9. Sun, D.; Ke, Y.; Collins, D. J.; Lorigan, G. A.; Zhou, H. C. Inorg. Chem. 2007, 46, 2725-2734.
10. Fletcher, A. J.; Cussen, E. J.; Prior, T. J.; Rosseinsky, M. J.; Kepert, C. J.; Thomas, K. M. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 10001-10011.
11. Fletcher, A. J.; Cussen, E. J.; Bradshaw, D.; Rosseinsky, M. J.; Thomas, K. M. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 9750-9759.
12. Fletcher, A. J.; Thomas, K. M.; Rosseinsky, M. J. J. Solid State Chem. 2005, 178, 2491-2510.
13. Llewellyn, P. L.; Bourrrelly, S.; Serre, C.; Filinchuk, Y. G. F. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 7751-7754.
14. Feng, W.; Xu, Y.; Zhou, G.; Zhang, C.; Zheng, X. Inorg. Chem. Commun. 2007, 10, 49-52.
15. Zou, R. Q.; Yamada, Y.; Xu, Q. Microporous Mesoporous Mater. 2006, 91, 233-237.
16. Chandler, B. D.; Cramb, D. T.; Shimizu, G. K. H. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 10403-10412.
17. Pelle, F.; Surble, S.; Serre, C.; Millange, F.; Ferey, G. J. Lumin. 2007, 122-123, 492-495.
18. Sun, D.; Ma, S.; Ke, Y.; Petersen, T. M.; Zhou, H. C. Chem. Commun. 2005, 21, 2663-2665.
19. Bauer, C. A.; Timofeeva, T. V.; Settersten, T. B.; Patterson, B. D.; Liu, V. H.; Simmons, B. A.; Allendorf, M. D. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 7136-7144.
20. Song, Y. S.; Yan, B.; Chen, Z. X. J. Solid State Chem. 2006, 179, 4037-4046.
21. Guo, X.; Zhu, G.; Sun, F.; Li, Z.; Zhao, X.; Li, X.; Wang, H.; Qiu, S. Inorg. Chem. 2006, 45, 2581-2587.
22. Shiga, T.; Okawa, H.; Kitagawa, S.; Ohba, M. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16426-16427.
23. Neville, S. M.; Moubaraki, B.; Murray, K. S.; Kepert, C. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 2059-2062.
24. Yanai, N.; Kaneko, W.; Yoneda, K.; Ohba, M.; Kitagawa, S. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 3496-3497.
25. Wadas, T. J.; Wang, Q.-M.; Kim, Y.-J.; Flaschenreim, C.; Blanton, T. N.; Eisenberg, R. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 16841-16849.
26. Mahata, P.; Madras, G.; Natarajan, S. J Phys. Chem. B 2006, 110, 13759-13768.
27. Zhao, X.; Xiao, B.; Fletcher, A. J.; Thomas, K. M.; Bradshaw, D.; Rosseinsky, M. J. Science 2004, 306, 1012-1015.
28. Rosi, N. L.; Eckert, J.; Eddaoudi, M.; Vodak, D. T.; Kim, J.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Science 2003, 300, 1127-1129.
29. (a) Ferey, G.; Mellot-Draznieks, C.; Serre, C.; Millange, F.; Dutour, J.; Surble, S.; Margiolaki, I. A. Science 2005, 309, 2040-2042.
30. (b) Ferey, G.; Mellot-Draznieks, C.; Serre, C.; Millange, F.; Dutour, J.; Surble, S.; Margiolaki, I. A. Science 2005, 310, 1119.
31. Rowsell, J. L. C.; Yaghi, O. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 4670-4679.
32. Chun, H.; Dybtsev, D. N.; Kim, H.; Kim, K. Chem. Eur. J. 2005, 11, 3521-3529.
33. Sun, D.; Ma, S.; Ke, Y.; Collins, D. J.; Zhou, H. C. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 3896-3897.
34. Thomas, K. M. Catal. Today 2007, 120, 389-398.
35. Mulfort, K. L.; Hupp, J. T. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 9604-9605.
36. Pan, L.; Olson, D. H.; Ciemnolonski, L. R.; Heddy, R.; Li, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 616-619.
37. Pan, L.; Adams, K. M.; Hernandez, H. E.; Wang, X.; Zheng, C.; Hattori, Y.; Kaneko, K. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 3062-3067.
38. Dybtsev, D. N.; Chun, H.; Yoon, S. H.; Kim, D.; Kim, K. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 32-33.
39. Atwood, J. L.; Barbour, L. J.; Jerga, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43 (22), 2948-2950.
40. Dinca, M.; Long, J. R. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 9376-9377.
41. Matsuda, R.; Kitaura, R.; Kitagawa, S.; Kubota, Y.; Belosludov, R. V.; Kobayashi, T. C.; Sakamoto, H.; Chiba, T.; Takata, M.; Kawazoe, Y.; Mita, Y. Nature (London, United Kingdom) 2005, 436, 238-241.
42. Bourrelly, S.; Llewellyn, P. L.; Serre, C.; Millange, F.; Loiseau, T.; Ferey, G. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 13519-13521.
43. Maji, T. K.; Uemura, K.; Chang, H. C.; Matsuda, R.; Kitagawa, S. Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43, 3269-3272.
44. Custelcean, R.; Gorbunova, M. G. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 16362-16363.
45. Chen, B.; Liang, C.; Yang, J.; Contreras, D. S.; Clancy, Y. L.; Lobkovsky, E. B.; Yaghi, O. M.; Dai, S. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 1390-1393.
46. Custelcean, R.; Haverlock, T. J.; Moyer, B. A. Inorg. Chem. 2006, 45, 6446-6452.
47. Pan, L.; Parker, B.; Huang, X.; Olson, D. H.; Lee, J. Y.; Li, J. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 4180-4181.
48. Fujita, M.; Kwon, Y. J.; Washizu, S.; Ogura, K. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 1151-1152.
49. Seo, J. S.; Whang, D.; Lee, H.; Jun, S. I.; Oh, J.; Jeon, Y. J.; Kim, K. Nature 2000, 404 (6781), 982-986.
50. Hu, A.; Ngo, H. L.; Lin, W. C. Angew. Chem., Int. Ed. 2003, 42, 6000-6003.
51. Hu, A.; Ngo, H. L.; Lin, W. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 11490-11491.
52. Lin, W. J. Solid State Chem. 2005, 178, 2486-2490.
53. Albrecht, M.; Lutz, M.; Spek, A. L.; Koten, G. v. Nature 2000, 406, 970-974.
54. Liu, W.; Jiao, T.; Li, Y.; Liu, Q.; Tan, M.; Wang, H.; Wang, L. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 2280-2281.
55. Zhao, B.; Chen, X.-Y.; Cheng, P.; Liao, D.-Y.; Yan, S.-P.; Jiang, Z.-H. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 15394-15395.
56. Lefebvre, J.; Batchelor, R. J.; Leznoff, D. B. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 16117-16125.
57. Zhao, B.; Gao, H.-L.; Chen, X.-Y.; Cheng, P.; Shi, W.; Liao, D.-Z.; Yan, S.-P.; Jiang, Z.-H. Chem. Eur. J. 2005, 12, 149-158.
58. Chen, B.; Yang, Y.; Zapata, F.; Lin, G.; Qian, G.; Lobkovsky, E. B. Adv. Mater. 2007, 19 (13), 1693-1696.
59. Grand challenge for basic and applied research on hydrogen storage: statement of objectives. http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/ storage/nation_proj.html.
60. Lin, X.; Jia, J.; Zhao, X.; Thomas, K. M.; Blake, A. J.; Walker, G. S.; Champness, N. R.; Hubberstey, P.; Schroder, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 7358-7364.
61. Wong-Foy, A. G.; Matzger, A. J.; Yaghi, O. M. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 3494-3495.
62. Dinca, M.; Dailly, A.; Liu, Y.; Brown, C. M.; Neumann, D. A.; Long, J. R. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16876-16883.
63. Yang, Z.; Xia, Y.; Mokaya, R. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 1673-1679.
64. Kubas, G. J. Proc. Natl. Acad. Sci. (US) 2007, 104, 6901-6907.
65. Chen, B.; Ockwig, N. W.; Millward, A. R.; Contreras, D. S.; Yaghi, O. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 4745-4749.
66. Forster, P. M.; Eckert, J.; Chang, J.-S.; Park, S.-E.; Férey, G.; Cheethem, A. K. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 1309-1312.
67. Dinca, M.; Long, J. R. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 11172-11176.
68. Rowsell, J. L. C.; Eckert, J.; Yaghi, O. M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 14904-14910.
69. Beenakker, J. J. M.; Borman, V. D.; Krylov, S. Y. Phys. Rev. Lett. 1994, 72, 514-517.
70. Beenakker, J. J. M.; Borman, V. D.; Krylov, S. Y. Chem. Phys. Lett. 1995, 232, 379-382.
71. Zhao, X.; Villar-Rodil, S.; Fletcher, A. J.; Thomas, K. M. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 9947-9955.
72. Kitaura, R.; Onoyama, G.; Sakamoto, H.; Matsuda, R.; Noro, S.; Kitagawa, S. Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43 (20), 2684-2687.
73. Chen, B.; Fronczek, F. R.; Maverick, A. W. Inorg. Chem. 2004, 43 (26), 8209-8211.
74. Cho, S. H.; Ma, B.; Nguyen, S. T.; Hupp, J. T.; Albrecht-Schmitt, T. E. Chem. Commun. (Cambridge, United Kingdom) 2006, 24, 2563-2565.
75. Arya, F.; Bouquant, J.; Chuche, J. Synthesis 1983, 11, 946-948.
76. Harding, A. W.; Foley, N. J.; Norman, P. R.; Francis, D. C.; Thomas, K. M. Langmuir 1998, 14, 3858-3864.
77. Foley, N. J.; Forshaw, P. L.; Thomas, K. M.; Stanton, D.; Norman, P. R. Langmuir 1997, 13, 2083-2089.
78. Fletcher, A. J.; Thomas, K. M. Langmuir 1999, 15, 6908-6914.
79. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 74th ed.; The Chemical Rubber Co.: OH, 1993.
80. Sing, K. S. W.; Everett, D. H.; Haul, R. A. W.; Moscou, L.; Pierotti, R. A.; Rouquerol, J.; Siemieniewska, T. Pure Appl. Chem. 1985, 57, 603-619.
81. Uemura, K.; Yamasaki, Y.; Komagawa, Y.; Tanaka, K.; Kita, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 6662-6665.
82. Webster, C. E.; Drago, R. S.; Zerner, M. C. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 5509-5516.
83. Fletcher, A. J.; Thomas, K. M. Langmuir 2000, 16, 6253-6266.
84. Webster, C. E. Calculations carried out by the methods in ref 81 and reported as a private communication in reference 82.
85. Zhao, X. B.; Xiao, B.; Fletcher, A. J.; Thomas, K. M. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 8880-8888.
86. Tanaka, H.; Kanoh, H.; Yudasaka, M.; Iijima, S.; Kaneko, K. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 7511-7516.
87. Yaris, R.; Sams, J. R. J. J. Chem. Phys. 1962, 37, 571-576.
88. van Dingenen, W.; van Itterbeek; A. Physica (The Hague) 1939, 6, 49-58.
89. Xiao, B.; Wheatley, P. S.; Zhao, X.; Fletcher, A. J.; Fox, S.; Rossi, A. G.; Megson, I. L.; Bordiga, S.; Regit, L.; Thomas, K. M.; Morris, R. E. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 1203-1209.
90. Stephanie-Victoire, F.; Goulay, A. M.; de Lara, E. C. Langmuir 1998, 14, 7255-7259.
91. Cole, J. H.; Everett, D. H.; Marshall, C. T.; Paniego, A. R.; Powl, J. C.; Rodriguez-Reinoso, F. J. Chem. Soc., Faraday Trans 1974, 70, 2154-2169.
92. O'koye; I. P.; Benham, M.; Thomas, K. M. Langmuir 1997, 13, 4054-4059.
93. Reid, C. R.; O'koye, I. P.; Thomas, K. M. Langmuir 1998, 14, 2415-2425.
94. Reid, C. R.; Thomas, K. M. Langmuir 1999, 15, 3206-3218.
95. Reid, C. R.; Thomas, K. M. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 10619-10629.
96. Cerny, S. Chem. Phys. Solid Surf. Heterog. Catal. 1983, 2, 1-57.
97. Rowsell, J. L. C.; Yaghi, O. M. J. Am. Chem. Soc. 2006, 28, 1304-1315.
98. Czepirski, L.; Jagiello, J. Chem. Eng. Sci. 1989, 44, 797-801.
99. Jagiello, J.; Bandosz, T. J.; Schwarz, J. A. Langmuir 1996, 12, 2837-2842.
100. Anson, A.; Jagiello, J.; Parra, J. B.; Sanjuan, M. L.; Benito, A. M.; Maser, W. K.; Martinez, M. T. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 15820-15826.
101. Mojet, B. L.; Eckert, J.; Santen, R. A. v.; Albinati, A.; Lechner, R. E. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 8147-8148.
102. Georgiev, P. A.; Albinati, A.; Mojet, B. L.; Ollivier, J.; Eckert, J. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 8086-8087.
103. Forster, P. M.; Eckert, J.; Heiken, B. D.; Parise, J. B.; Yoon, J. W.; Jhung, S. H.; Chang, J. S.; Cheetham, A. K. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16846-16850.
104. Chapman, K. W.; Southon, P. D.; Weeks, C. L.; Kepert, C. J. Chem. Commun. 2005, 26, 3322-3324.
105. Chapman, K. W.; Chupas, P. J.; Maxey, E. R.; Richardson, J. W. Chem. Commun. 2006, 38, 4013-4015.
106. Kaye, S. S.; Long, J. R. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 6506-6507.
107. Prestipino, C.; Regli, L.; Vitillo, J. G.; Bonino, F.; Damin, A.; Lamberti, C.; Zecchina, A.; Solan, P. L.; Kongshaug, K. O.; Bordiga, S. Chem. Mater. 2006, 18, 1337-1346.
108. Hartman, M. R.; Peterson, V. K.; Liu, Y.; Kaye, S. S.; Long, J. R. Chem. Mater. 2006, 18, 3221-3224.
109. Stoicheff, B. P. Can. J. Phys 1957, 35, 730-741.
110. Giauque, W. F. J. Am. Chem. Soc. 1930, 52, 4816-4831.
111. Johnston, H. L.; Long, E. A. J. Chem. Phys. 1934, 2, 389-395.
112. Wang, Q.; Challa, S. R.; Sholl, D. S. J. K. J. Phys. Rev. Lett. 1999, 82, 956-959.
113. Challa, S. R.; Sholl, D. S.; Johnson, J. K. J. Chem. Phys. 2002, 116, 814-824.
114. Garberoglio, G.; Skoulidas, A. I.; Johnson, J. K. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 13094-13103.
115. Kumar, A. V. A.; Jobic, H.; Bhatia, S. K. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 16666-16671.
116. Kumar, A. V. A.; Bhatia, S. K. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 245901-1-245901-4.
117. Ma, S.; Zhou, H. C. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 11734-11735.
118. Basmadjian, I. D. Can. J. Chem. 1960, 38, 141-148.