Hydrogen storage in microporous metal-organic frameworks with exposed metal sites

Angewandte Chemie - International Edition

Volumn 47, Issue 36, 2008, Pages 6766-6779

  Dincǎ, Mircea ^a   Long, Jeffrey R ^a  

^a UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

Author keywords

Bond dissociation energy; Hydrogen storage; Metal H2 binding; Metal organic frameworks; Microporous materials

Indexed keywords

HYDROGEN; MICROPOROUS MATERIALS;

BOND DISSOCIATION ENERGY; LOW TEMPERATURE; METAL SITES; METAL-H2 BINDING; METAL-ORGANIC FRAMEWORKS; MICRO POROUS; SOLID-STATE HYDROGEN STORAGE; UPTAKE CAPACITY;

HYDROGEN STORAGE;

EID: 53249142635     PISSN: 14337851     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/anie.200801163     Document Type: Review

References (139)

1. a) A. Züttel, Naturwissenschaften 2004, 91, 157;
2. b) A. M. Seayad, D. M. Antonelli, Adv. Mater. 2004, 16, 765;
3. c) B. Sakintuna, F. Lamari-Darkrim, M. Hirscher, Int. J. Hydrogen Energy 2007, 32, 1121;
4. d) S.-i. Orimo, Y. Nakamori, J. R. Eliseo, A. Zuttel, C. M. Jensen, Chem. Rev. 2007, 107, 4111;
5. e) M. Felderhoff, C. Weidenthaler, R. von Helmolt, U. Eberle, Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 2643, and references therein.
6. a) J. A. R. Navarro, E. Barea, J. M. Salas, N. Masciocchi, S. Galli, A. Sironi, C. O. Ania, J. B. Parra, Inorg. Chem. 2006, 45, 2397;
7. b) X. Lin, J. Jia, P. Hubberstey, M. Schroder, N. R. Champness, CrystEngComm 2007, 9, 438;
8. c) D. J. Collins, H. C. Zhou, J. Mater. Chem. 2007, 17, 3154, and references therein.
9. a) X. Zhao, B. Xiao, A. J. Fletcher, K. M. Thomas, D. Bradshaw, M. J. Rosseinsky, Science 2004, 306, 1012;
10. b) C. Yang, X. Wang, M. A. Omary, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 15454.
11. Hydrogen, Fuel Cells and Infrastructure Technologies Program: Multi-Year Research, Development, and Demonstration Plan: Planned Program Activities for 2005-2015, website address (February 2008): http://www1.eere.energy.gov/ hydrogenandfuelcells/mypp/.
12. S. K. Bhatia, A. L. Myers, Langmuir 2006, 22, 1688.
13. Activation of Small Molecules (Ed.: W. B. Tolman), Wiley-VCH, Weinheim, 2006.
14. G. J. Kubas, R. R. Ryan, B. I. Swanson, P. J. Vergamini, H. J. Wasserman, J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 451.
15. a) G. J. Kubas, R. R. Ryan, D. Wrobleski, J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 1339;
16. b) G. J. Kubas, C. J. Unkefer, B. I. Swanson, E. Fukushima, J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 7000.
17. a) G. J. Kubas Metal Dihydrogen and σ-Bond Complexes-Structure, Theory, and Reactivity, Kluwer-Academic/Plenum Publishers, New York, 2001;
18. b) G. J. Kubas, Chem. Rev. 2007, 107, 4152.
19. A. Zecchina, S. Bordiga, J. G. Vitillo, G. Ricchiardi, C. Lamberti, G. Spoto, M. Bjøgen, K. P. Lillerud, J. Phys. Chem. 2005, 127, 6361.
20. C. H. Wu, J. Chem. Phys. 1979, 71, 783.
21. C. Otero Areán, O. V. Manoilova, B. Bunelli, M. Rodríguez Delgado, G. Turnes Palomino, E. Garrone, Chem. Phys. Lett. 2003, 370, 631.
22. C. Otero Areán, D. Nachtigallova, P. Nachtigall, E. Garrone, M. Rodríguez Delgado, Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 1421.
23. J. E. Bushnell, P. R. Kemper, M. T. Bowers, J. Phys. Chem. 1994, 98, 2044.
24. C. Otero Areán, M. Rodríguez Delgado, G. Turnes Palomino, M. Tomás Rubio, N. M. Tsyganenko, A. A. Tsyganenko, E. Garrone, Microporous Mesoporous Mater. 2005, 80, 247.
25. G. Ricchiardi, J. G. Vitillo, D. Cocina, E. N. Gribov, A. Zecchina, Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 2753.
26. E. N. Gribov, S. Bertarione, D. Scarano, C. Lamberti, G. Spoto, A. Zecchina, J. Phys. Chem. B 2004, 108, 16174.
27. G. Turnes Palomino, M. R. Llop Carayol, C. Otero Areán, J. Mater. Chem. 2006, 16, 2884.
28. J. E. Bushnell, P. R. Kemper, P. Maître, M. T. Bowers, J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 9710.
29. J. E. Bushnell, P. Maître, P. R. Kemper, M. T. Bowers, J. Chem. Phys. 1997, 106, 10153.
30. J. E. Bushnell, P. R. Kemper, M. T. Bowers, J. Phys. Chem. 1993, 97, 11628.
31. M. W. George, M. T. Haward, R. A. Hamley, C. Hughes, F. P. A. Johnson, V. K. Popov, M. Poliakoff, J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 2286.
32. P. R. Kemper, P. Weis, M. T. Bowers, Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc. 1997, 160, 17.
33. J. R. Wells, P. G. House, E. Weitz, J. Phys. Chem. 1994, 98, 8343.
34. E. F. Walsh, V. K. Popov, M. W. George, M. Poliakoff, J. Phys. Chem. 1995, 99, 12016.
35. E. F. Walsh, M. W. George, S. Goff, S. M. Nikiforov, V. K. Popov, X.-Z. Sun, M. Poliakoff, J. Phys. Chem. 1996, 100, 19425.
36. S. M. Howdle, M. A. Healy, M. Poliakoff, J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 4804.
37. J. M. Millar, R. V. Kastrup, M. T. Melchior, I. T. Horvath, C. D. Hoff, R. H. Crabtree, J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 9643.
38. P. Weis, P. R. Kemper, M. T. Bowers, J. Phys. Chem. A 1997, 101, 2809.
39. J. E. Bushnell, P. R. Kemper, M. T. Bowers, J. Phys. Chem. 1995, 99, 15602.
40. P. R. Kemper, J. E. Bushnell, G. von Helden, M. T. Bowers, J. Phys. Chem. 1993, 97, 52.
41. C. J. Carpenter, P. A. M. van Koppen, P. R. Kemper, J. E. Bushnell, P. Weis, J. K. Perry, M. T. Bowers, Int. J. Mass Spectrom. 2003, 230, 161.
42. P. R. Kemper, P. Weis, M. T. Bowers, Chem. Phys. Lett. 1998, 293, 503.
43. P. R. Kemper, P. Weis, M. T. Bowers, P. Maître, J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 13494.
44. M. J. Manard, J. E. Bushnell, S. L. Bernstein, M. T. Bowers, J. Phys. Chem. A 2002, 106, 10027.
45. S. Bordiga, L. Regli, F. Bonino, E. Groppo, C. Lamberti, B. Xiao, P. S. Wheatley, R. E. Morris, A. Zecchina, Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 2676.
46. J. E. Bushnell, P. R. Kemper, P. van Koppen, M. T. Bowers, J. Phys. Chem. A 2001, 105, 2216.
47. A. A. Gonzalez, C. D. Hoff, Inorg. Chem. 1989, 28, 4295.
48. D. M. Gusev, A. B. Vymenits, V. I. Bakhmutov, Inorg. Chem. 1992, 31, 1.
49. V. I. Bakhmutov, J. Bertran, M. A. Esteruelas, A. Lledos, F. Maseras, J. Modrego, L. A. Oro, E. Sola, Chem. Eur. J. 1996, 2, 815.
50. V. I. Bakhmutov, E. V. Vorontsov, A. B. Vymenits, Inorg. Chem. 1995, 34, 214.
51. B. E. Hauger, D. Gusev, K. G. Caulton, J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 208.
52. R. H. Crabtree, M. Lavin, L. Bonneviot, J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 4032.
53. Y.-I. Ishikawa, P. A. Hackett, D. M. Rayner, J. Phys. Chem. 1989, 93, 652.
54. A. A. Gonzalez, K. Zhang, S. P. Nolan, R. L. de La Vega, S. L. Mukerjee, C. D. Hoff, G. J. Kubas, Organometallics 1988, 7, 2429.
55. A. A. Gonzalez, K. Zhang, S. L. Mukerjee, C. D. Hoff, G. R. K. Khalsa, G. J. Kubas, ACS Symp. Ser. 1990, 428, 133.
56. K. Christmann, Surf. Sci. Rep. 1988, 9, 1.
57. a) A. Dedieu, Chem. Rev. 2000, 100, 543;
58. b) G. Frenking, N. Fröhlich, Chem. Rev. 2000, 100, 717;
59. c) S. Niu, M. B. Hall, Chem. Rev. 2000, 100, 353;
60. d) M. Torrent, M. Solà, G. Frenking, Chem. Rev. 2000, 100, 439.
61. R. C. Lochan, M. Head-Gordon, Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 1357.
62. a) O. Sun, Q. Wang, P. Jena, Y. Kawazoe, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 14582;
63. b) Q. Sun, P. Jena, Q. Wang, M. Marquez, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 9741;
64. c) K. R. S. Chandrakumar, S. K. Ghosh, Nano Lett. 2008, 8, 13.
65. A. Blomqvist, C. Moysés Araújo, P. Srepusharawoot, R. Ahuja, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 20173.
66. a) Q. Yang, C. Zhong, J. Phys. Chem. B 2006, 110, 655;
67. b) Y. Y. Sun, Y. H. Kim, S. B. Zhang, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 12606;
68. c) J. L. Belof, A. C. Stern, M. Eddaoudi, B. Space, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 15202.
69. C. Prestipino, L. Regli, J. G. Vitillo, F. Bonino, A. Damin, C. Lamberti, A. Zecchina, P. L. Solari, K. O. Kongshaug, S. Bordiga, Chem. Mater. 2006, 18, 1337.
70. V. K. Peterson, Y. Liu, C. M. Brown, C. J. Kepert, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 15578.
71. M. Dincǎ, A. Dailly, Y. Liu, C. M. Brown, D. A. Neumann, J. R. Long, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16876.
72. J. L. C. Rowsell, O. M. Yaghi, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 1304.
73. P. M. Forster, J. Eckert, B. D. Heiken, J. B. Parise, J. W. Yoon, S. H. Jhung, J.-S. Chang, A. K. Cheetham, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16846.
74. N. Guillou, Q. Gao, P. M. Forster, J.-S. Chang, M. Noguès, S.-E. Park, G. Férey, Angew. Chem. 2001, 113, 2913;
75. Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 2831.
76. P. M. Forster, J. Eckert, J.-S. Chang, S.-E. Park, G. Férey, A. K. Cheetham, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 1309.
77. A. G. Wong-Foy, A. J. Matzger, O. M. Yaghi, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 3494.
78. J.-Y. Lee, J. Li, J. Jagiello, J. Solid State Chem. 2005, 178, 2527.
79. B. Xiao, P. S. Wheatley, X. Zhao, A. J. Fletcher, S. Fox, A. G. Rossi, I. L. Megson, S. Bordiga, L. Regli, K. M. Thomas, R. E. Morris, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 1203.
80. B. Panella, M. Hirscher, H. Pütter, U. Müller, Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 520.
81. M. R. Hartman, V. K. Peterson, Y. Liu, S. S. Kaye, J. R. Long, Chem. Mater. 2006, 18, 3221.
82. M. Dincǎ, W. S. Han, Y. Liu, A. Dailly, C. M. Brown, J. R. Long, Angew. Chem. 2007, 119, 1441;
83. Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 1419.
84. H. Furukawa, M. A. Miller, O. M. Yaghi, J. Mater. Chem. 2007, 17, 3197.
85. S. S. Kaye, A. Dailly, O. M. Yaghi, J. R. Long, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 14176.
86. a) M. Dincǎ, J. R. Long, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 11 172;
87. b) Y. Liu, V. C. Kravtsov, R. Larsen, M. Eddaoudi, Chem. Commun. 2006, 1488.
88. K. L. Mulfort, J. T. Hupp, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 9604.
89. M. Dincǎ, J. R. Long, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 9376.
90. I. Senkovska, S. Kaskel, Eur. J. Inorg. Chem. 2006, 4654.
91. T. Loiseau, L. Lecroq, C. Volkringer, J. Marrot, G. Férey, M. Haouas, F. Taulelle, S. Bourrelly, P. L. Llewellyn, M. Latroche, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 10223.
92. M. Latroche, S. Surblé, C. Serre, C. Mellot-Draznieks, P. L. Llewellyn, J.-H. Lee, J.-S. Chang, S. H. Jhung, G. Férey, Angew. Chem. 2006, 118, 8407;
93. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 8227.
94. G. Férey, C. Mellot-Draznieks, C. Serre, F. Millange, J. Dutour, S. Surblé, I. Margiolaki, Science 2005, 309, 2040.
95. S. Surblé, F. Millange, C. Serre, T. Düren, M. Latroche, S. Bourrelly, P. L. Llewellyn, G. Férey, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 14889.
96. M. Dincǎ, A. F. Yu, J. R. Long, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 8904.
97. H. R. Moon, N. Kobayashi, M. P. Suh, Inorg. Chem. 2006, 45, 8672.
98. M. Dincǎ, A. Dailly, C. Tsay, J. R. Long, Inorg. Chem. 2008, 47, 11.
99. S. B. Choi, M. J. Seo, M. Cho, Y. Kim, M. K. Jin, D.-Y. Jung, J.-S. Choi, W.-S. Ahn, J. L. C. Rowsell, J. Kim, Cryst. Growth Des. 2007, 7, 2290.
100. J. H. Yoon, S. B. Choi, Y. J. Oh, M. J. Seo, Y. H. Joon, T.-B. Lee, D. Kim, S. H. Choi, J. Kim, Catal. Today 2007, 120, 324.
101. S. Ma, H.-C. Zhou, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 11734.
102. P. D. C. Dietzel, B. Panella, M. Hirscher, R. Blom, H. Fjellvåg, Chem. Commun. 2006, 959.
103. S. Ma, X.-S. Wang, E. S. Manis, C. D. Collier, H.-C. Zhou, Inorg. Chem. 2007, 46, 3432.
104. B. Chen, N. W. Ockwig, A. R. Millward, D. S. Contreras, O. M. Yaghi, Angew. Chem. 2005, 117, 4823;
105. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 4745.
106. X. Lin, J. Jia, X. Zhao, K. M. Thomas, A. J. Blake, G. S. Walker, N. R. Champness, R. Hubberstey, M. Schröder, Angew. Chem. 2006, 118, 7518;
107. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 7358.
108. S. Ma, D. Sun, M. Ambrogio, J. A. Fillinger, S. Parkin, H.-C. Zhou, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 1858.
109. D. Sun, S. Ma, Y. Ke, J. D. Collins, H.-C. Zhou, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 3896.
110. A. G. Wong-Foy, O. Lebel, A. J. Matzger, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 15740.
111. F. Nouar, J. F. Eubank, T. Bousquet, L. Wojtas, M. J. Zaworotko, M. Eddaoudi, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 1833.
112. Y. E. Cheon, E. Y. Lee, M. P. Suh, Chem. Eur. J. 2007, 13, 4208.
113. O. K. Farha, A. M. Spokoyny, K. L. Mulfort, M. F. Hawthorne, C. A. Mirkin, J. T. Hupp, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 12680.
114. J. Jia, X. Lin, A. J. Blake, N. R. Champness, P. Hubberstey, L. Shao, G. Walker, C. Wilson, M. Schröder, Inorg. Chem. 2006, 45, 8838.
115. M. Kramer, U. Schwarz, S. Kaskel, J. Mater. Chem. 2006, 16, 2245.
116. Y. Liu, J. F. Eubank, A. J. Cairns, J. Eckert, V. C. Kravtsov, R. Luebke, M. Eddaoudi, Angew. Chem. 2007, 119, 3342;
117. Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 3278.
118. X. Guo, G. Zhu, Z. Li, F. Sun, Z. Yang, S. Qiu, Chem. Commun. 2006, 3172.
119. R. C. Mehrotra, R. Bohra, Metal Carboxylates, Academic Press Inc. London, 1983.
120. a) S. S. Kaye, J. R. Long, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 6506;
121. b) K. W. Chapman, P. D. Southon, C. L. Weeks, C. J. Kepert, Chem. Commun. 2005, 3322;
122. c) J. T. Culp, C. Matranga, M. Smith, E. W. Bittner, B. Bockrath, J. Phys. Chem. B 2006, 110, 8325;
123. d) S. Natesakhawat, J. T. Culp, C. Matranga, B. Bockrath, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 1055;
124. e) S. S. Kaye, J. R. Long, Chem. Commun. 2007, 4486.
125. K. W. Chapman, P. J. Chupas, E. R. Maxey, J. W. Richardson, Chem. Commun. 2006, 4013.
126. a) E. Y. Lee, M. P. Suh, Angew. Chem. 2004, 116, 2858;
127. Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 2798;
128. b) G.-L. Law, K.-L. Wong, Y.-Y. Yang, Q.-Y. Yi, G. Jia, W.-T. Wong, P. A. Tanner, Inorg. Chem. 2007, 46, 9754;
129. c) K. C. Szeto, K. O. Kongshaug, S. Jakobsen, M. Tilset, K. P. Lillerud, Dalton Trans. 2008, 2054.
130. a) M. E. Kosal, J.-H. Chou, S. R. Wilson, K. S. Suslick, Nat. Mater. 2002, 1, 118;
131. b) D. W. Smithenry, S. R. Wilson, K. S. Suslick, Inorg. Chem. 2003, 42, 7719;
132. c) K. S. Suslick, P. Bhyrappa, J.-H. Chou, M. E. Kosal, S. Nakagaki, B. W. Smithenry, S. R. Wilson, Acc. Chem. Res. 2005, 38, 283.
133. a) R. Kitaura, G. Onoyama, H. Sakamoto, R. Matsuda, S.-i. Noro, S. Kitagawa, Angew. Chem. 2004, 116, 2738;
134. Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 2684;
135. b) S.-H. Cho, B. Ma, S. T. Nguyen, J. T. Hupp, T. Albrecht-Schmitt, Chem. Commun. 2006, 2563.
136. S. S. Kaye, J. R. Long, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 806.
137. Y. Liu, H. Kabbour, C. M. Brown, D. A. Neumann, C. C. Ahn, Langmuir 2008, 24, 4772.
138. B. Chen, X. Zhao, A. Putkham, K. Hong, E. B. Lobkovsky, E. J. Hurtado, A. J. Fletcher, K. M. Thomas, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 641.
139. J. G. Vitillo, L. Regli, S. Chavan, G. Ricchiardi, G. Spoto, P. D. C. Dietzel, S. Bordiga, A. Zecchina, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 8386.