First-principles-derived force field for copper paddle-wheel-based metal-organic frameworks

Journal of Physical Chemistry C

Volumn 114, Issue 34, 2010, Pages 14402-14409

  Tafipolsky, Maxim ^a   Amirjalayer, Saeed ^a   Schmid, Rochus ^a  

^a RUHR UNIVERSITY BOCHUM   (Germany)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AB INITIO; BUILDING BLOCKES; BULK MODULUS; COORDINATION ENVIRONMENT; CROSS-TERMS; DFT LEVELS; EXPERIMENTAL DATA; FIRST-PRINCIPLES; FORCE FIELDS; GENETIC-ALGORITHM OPTIMIZATIONS; METAL ORGANIC FRAMEWORK; MODEL SYSTEM; NEGATIVE THERMAL EXPANSION; NORMAL MODES; ORGANIC LINKERS; PARAMETRIZATIONS; PRESCREENING; REFERENCE DATA; REFERENCE SYSTEMS; SPECIFIC BONDS; STRUCTURE DETERMINATION;

COPPER; THERMAL EXPANSION;

WHEELS;

EID: 77956164332     PISSN: 19327447     EISSN: 19327455     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp104441d     Document Type: Article

References (86)

1. Rowsell, J. L. C.; Yaghi, O. M. Microporous Mesoporous Mater. 2004, 73, 3.
2. Ferey, G. Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 191.
3. Kitagawa, S.; Kitaura, R.; Noro, S. Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43, 2334.
4. Tranchemontagne, D. J.; Mendoza-Cortes, J. L.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1257.
5. Murray, L. J.; Dinca, M.; Long, J. R. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1294.
6. Chui, S. S. Y.; Lo, S. M. F.; Charmant, J. P. H.; Orpen, A. G.; Williams, I. D. Science 1999, 283, 1148.
7. Lin, X.; Telepeni, I.; Blake, A. J.; Dailly, A.; Brown, C. M.; Simmons, J. M.; Zoppi, M.; Walker, G. S.; Thomas, K. M.; Mays, T. J.; Hubberstey, P.; Champness, N. R.; Schroeder, M. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 2159.
8. Ma, L.; Lin, W. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 13834.
9. Furukawa, H.; Kim, J.; Ockwig, N. W.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 11650.
10. Seki, K.; Mori, W. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 1380.
11. Kitaura, R.; Iwahori, F.; Matsuda, R.; Kitagawa, S.; Kubota, Y.; Takata, M.; Kobayashi, T. C. Inorg. Chem. 2004, 43, 6522.
12. Keskin, S.; Liu, J.; Rankin, R. B.; Johnson, J. K.; Sholl, D. S. Ind. Eng. Chem. Res. 2009, 48, 2355.
13. Duren, T.; Bae, Y. S.; Snurr, R. Q. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1237.
14. Tafipolsky, M.; Amirjalayer, S.; Schmid, R. Microporous Mesoporous Mater. 2010, 129, 304.
15. Demontis, P.; Suffritti, G. B. Chem. Rev. 1997, 97, 2845.
16. Smit, B.; Maesen, T. L. M. Chem. Rev. 2008, 108, 4125.
17. Ferey, G.; Serre, C. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1380.
18. Tanaka, D.; Nakagawa, K.; Higuchi, M.; Horike, S.; Kubota, Y.; Kobayashi, L. C.; Takata, M.; Kitagawa, S. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 3914.
19. In principle, for example, periodic plane wave DFT calculations can and are used to model the MOFs; see ref 14. However, with their large unit cells these computations are far from routine; in particular, the computation of a large number of configurations is still out of reach.
20. Rappe, A. K.; Casewit, C. J.; Colwell, K. S.; Goddard, W. A.; Skiff, W. M. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 10024.
21. Greathouse, J. A.; Allendorf, M. D. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 5795.
22. Dubbeldam, D.; Walton, K. S.; Ellis, D. E.; Snurr, R. Q. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 4496.
23. Han, S. S.; Goddard, W. A. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 15185.
24. Huang, B. L.; McGaughey, A. J. H.; Kaviany, M. Int. J. Heat Mass Transfer 2007, 50, 393.
25. Tafipolsky, M.; Amirjalayer, S.; Schmid, R. J. Comput. Chem. 2007, 28, 1169.
26. Tafipolsky, M.; Schmid, R. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 1341.
27. Salles, F.; Ghoufi, A.; Maurin, G.; Bell, R. G.; Mellot-Draznieks, C.; Ferey, G. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 8487.
28. Bahr, D. F.; Reid, J. A.; Mook, W. M.; Bauer, C. A.; Stumpf, R.; Skulan, A. J.; Moody, N. R.; Simmons, B. A.; Shindel, M. M.; Allendorf, M. D. Phys. Rev. B 2007, 76, 184106.
29. El-Kaderi, H. M.; Hunt, J. R.; Mendoza-Cortes, J. L.; Cote, A. P.; Taylor, R. E.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Science 2007, 316, 268.
30. Schmid, R.; Tafipolsky, M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 12600.
31. Klontzas, E.; Tylianakis, E.; Froudakis, G. E. Nano Lett. 2010, 10, 452.
32. Vishnyakov, A.; Ravikovitch, P. I.; Neimark, A. V.; Bulow, M.; Wang, Q. M. Nano Lett. 2003, 3, 713.
33. Skoulidas, A. I. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 1356.
34. Liu, B.; Smit, B. Langmuir 2009, 25, 5918.
35. Liu, J. C.; Rankin, R. B.; Johnson, J. K. Mol. Simul. 2009, 35, 60.
36. Yazaydin, A. O.; Benin, A. I.; Faheem, S. A.; Jakubczak, P.; Low, J. J.; Willis, R. R.; Snurr, R. Q. Chem. Mater. 2009, 21, 1425.
37. Babarao, R.; Jiang, J. W.; Sandler, S. I. Langmuir 2009, 25, 5239.
38. Castillo, J. M.; Vlugt, T. J. H.; Calero, S. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 15934.
39. Chmelik, C.; Karger, J.; Wiebcke, M.; Caro, J.; van Baten, J. M.; Krishna, R. Microporous Mesoporous Mater. 2009, 117, 22.
40. Garcia-Perez, E.; Gascon, J.; Morales-Florez, V.; Castillo, J. M.; Kapteijn, F.; Calero, S. Langmuir 2009, 25, 1725.
41. Yang, Q.-Y.; Zhong, C.-L. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 17776.
42. Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098.
43. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648.
44. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785.
45. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Montgomery, J. A., Jr.; Vreven, T.; Kudin, K. N.; Burant, J. C.; Millam, J. M.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Barone, V.; Mennucci, B.; Cossi, M.; Scalmani, G.; Rega, N.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Klene, M.; Li, X.; Knox, J. E.; Hratchian, H. P.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Ayala, P. Y.; Morokuma, K.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Zakrzewski, V. G.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cui, Q.; Baboul, A. G.; Clifford, S.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W.; Wong, M. W.; Gonzalez, C.; Pople, J. A. Gaussian 03, revision C.02; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2004.
46. Dunning, T. H. J. Chem. Phys. 1989, 90, 1007.
47. Tafipolsky, M.; Schmid, R. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 2822.
48. Wilson, A. K.; Woon, D. E.; Peterson, K. A.; Dunning, T. H. J. Chem. Phys. 1999, 110, 7667.
49. Figgen, D.; Rauhut, G.; Dolg, M.; Stoll, H. Chem. Phys. 2005, 311, 227.
50. Peterson, K. A.; Puzzarini, C. Theor. Chem. Acc. 2005, 114, 283.
51. Feller, D. J. Comput. Chem. 1996, 17, 1571.
52. Schuchardt, K. L.; Didier, B. T.; Elsethagen, T.; Sun, L.; Gurumoorthi, V.; Chase, J.; Li, J.; Windus, T. L. J. Chem. Inf. Model. 2007, 47, 1045.
53. Tinker - Software Tools for Molecular Design, version 4.2; Ponder, W.; Ren, P.; Pappu, R. V.; Hart, R. K.; Hodgson, M. E.; Cistola, D. P.; Kundrot, C. E.; Richards, F. M. Washington University School of Medicine, June 2004; http://dasher.wustl.edu/tinker/.
54. Berendsen, H. J. C.; Postma, J. P. M.; van Gunsteren, W. F.; DiNola, A.; Haak, J. R. J. Chem. Phys. 1984, 81, 3684.
55. Cotton, F. A.; Murillo, C. A.; Walton, R. A. Multiple Bonds between Metal Atoms, 3rd ed.; Springer Science: New York, 2005.
56. Cotton, F. A.; Feng, X. J. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 3387.
57. Melnik, M.; Kabesova, M.; Koman, M.; Macaskova, L.; Garaj, J.; Holloway, C. E.; Valent, A. J. Coord. Chem. 1998, 45, 147.
58. Bleaney, B.; Bowers, K. D. Proc. R. Soc. London, Ser. A 1952, 214, 451.
59. Van Niekerk, J. B.; Schoening, F. R. L. Acta Crystallogr. 1953, 6, 227.
60. de Loth, P.; Cassoux, P.; Daudey, J. P.; Malrieulb, J. P. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 4007.
61. Rivero, P.; Moreira, I. d. P. R.; Illas, F.; Scuseria, G. E. J. Chem. Phys. 2008, 129, 184110.
62. Rodriguez-Fortea, A.; Alemany, P.; Alvarez, S.; Ruiz, E. Chems-Eur. J. 2001, 7, 627.
63. Ukai, T.; Nakata, K.; Yamanaka, S.; Takada, T.; Yamaguchi, K. Mol. Phys. 2007, 105, 2667.
64. Ali, M. E.; Datta, S. N. THEOCHEM 2006, 775, 19.
65. Noodleman, L. J. Chem. Phys. 1981, 74, 5737.
66. Noodleman, L.; Case, D. A. Adv. Inorg. Chem. 1992, 38, 423.
67. Elmali, A. Turk. J. Phys. 2000, 24, 667.
68. Perdew, J. P.; Ruzsinszky, A.; Constantin, L. A.; Sun, J.; Csonka, G. I. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 902.
69. Brown, G. M.; Chidambaram, R. Acta Crystallogr., Sect. B 1973, 29, 2393.
70. Prestipino, C.; Regli, L.; Vitillo, J. G.; Bonino, F.; Damin, A.; Lamberti, C.; Zecchina, A.; Solari, P. L.; Kongshaug, K. O.; Bordiga, S. Chem. Mater. 2006, 18, 1337.
71. Wu, Y.; Kobayashi, A.; Halder, G. J.; Peterson, V. K.; Chapman, K. W.; Lock, N.; Southon, P. D.; Kepert, C. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 8929.
72. Besler, B. H.; Merz, K. M.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1990, 11, 431.
73. Allinger, N. L.; Zhou, X. F.; Bergsma, J. THEOCHEM 1994, 118, 69.
74. Allinger, N. L.; Yuh, Y. H.; Lii, J.-H. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 8551.
75. Amirjalayer, S.; Tafipolsky, M.; Schmid, R. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 463.
76. Piquemal, J.-P.; Gresh, N.; Giessner-Prettre, C. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 10353.
77. Allured, V. S.; Kelly, C. M.; Landis, C. R. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 1.
78. Rappe, A. K.; Bormann-Rochotte, L. M.; Wiser, D. C.; Hart, J. R.; Pietsch, M. A.; Casewit, C. J.; Skiff, W. M. Mol. Phys. 2007, 105, 301.
79. Allinger, N. L.; Li, F.; Yan, L. Q.; Tai, J. C. J. Comput. Chem. 1990, 11, 868.
80. Delgado-Friedrichs, O.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Acta Crystallogr., Sect. A 2006, 62, 350.
81. Peterson, V. K.; Liu, Y.; Brown, C. M.; Kepert, C. J. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 15578.
82. Rowsell, J. L. C.; Yaghi, O. M. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 1304.
83. Zhang, X.; Fischer, R. A. Unpublished results.
84. -1 can be derived by linear regression.
85. Chapman, K. W.; Halder, G. J.; Chupas, P. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 10524.
86. Sun, D.; Ma, S.; Simmons, J. M.; Li, J.-R.; Yuan, D.; Zhou, H.-C. Chem. Commun. 2010, 46, 1329.