Grand canonical monte carlo simulation of low-pressure methane adsorption in nanoporous framework materials for sensing applications

Journal of Physical Chemistry C

Volumn 116, Issue 5, 2012, Pages 3492-3502

  Zeitler, Todd R ^a   Allendorf, Mark D ^b   Greathouse, Jeffery A ^a  

^a SANDIA NATIONAL LABORATORIES   (United States)

^b SANDIA NATIONAL LABORATORIES   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AMINE FUNCTIONALIZATION; BACKGROUND GAS; CANDIDATE MATERIALS; COORDINATED SOLVENTS; GAS DETECTION; GRAND CANONICAL MONTE CARLO SIMULATION; HIGH PRESSURE; HIGH PRESSURE GAS; LOW PRESSURES; METHANE ADSORPTION; METHANE SENSING; NANO-POROUS; PORE DIAMETERS; SENSING APPLICATIONS; SYSTEMATIC INVESTIGATIONS; YIELD ENHANCEMENT;

ADSORPTION; INERT GASES; MONTE CARLO METHODS; SENSORS;

METHANE;

EID: 84856863255     PISSN: 19327447     EISSN: 19327455     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp208596e     Document Type: Article

References (90)

1. Lawrence, N. S. Talanta 2006, 69, 385-392
2. Werle, P.; Maurer, K.; Kormann, R.; Mucke, R.; D'Amato, F.; Lancia, T.; Popov, A. Spectrochim. Acta, Part A 2002, 58, 2361-2372
3. Nadezhdinskii, A.; Berezin, A.; Chernin, S.; Ershov, O.; Kutnyak, V. Spectrochim. Acta, Part A 1999, 55, 2083-2089
4. Grossel, A.; Zeninari, V.; Joly, L.; Parvitte, B.; Courtois, D.; Durry, G. Spectrochim. Acta, Part A 2006, 63, 1021-1028
5. Worthy, D. E. J.; Levin, I.; Trivett, N. B. A.; Kuhlmann, A. J.; Hopper, J. F.; Ernst, M. K. J. Geophys. Res. 1998, 103, 15995-16007
6. Massie, C.; Stewart, G.; McGregor, G.; Gilchrist, J. R. Sens. Actuators B, Chem. 2006, 113, 830-836
7. Zhou, W. Chem. Rec. 2010, 10, 200-204
8. Allendorf, M. D.; Houk, R. J. T.; Andruszkiewicz, L.; Talin, A. A.; Pikarsky, J.; Choudhury, A.; Gall, K. A.; Hesketh, P. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 14404-14405
9. Allendorf, M. D.; Bauer, C. A.; Bhakta, R. K.; Houk, R. J. T. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1330-1352
10. Greathouse, J. A.; Ockwig, N. W.; Criscenti, L. J.; Guilinger, T. R.; Pohl, P.; Allendorf, M. D. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 12621-12629
11. Lee, J.-H.; Houk, R. T. J.; Robinson, A.; Greathouse, J. A.; Thornberg, S. M.; Allendorf, M. D.; Hesketh, P. J.; Thomas, G.; Islam, M. S.; Achyut, K. D., Eds.; SPIE; 2010; Vol. 7679, p 767927.
12. Lan, A. J.; Li, K. H.; Wu, H. H.; Olson, D. H.; Emge, T. J.; Ki, W.; Hong, M. C.; Li, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 2334-2338
13. Dultsev, F. N.; Kolosovsky, E. A. Langmuir 2009, 25, 12195-12200
14. Arshak, K.; Moore, E.; Lyons, G. M.; Harris, J.; Clifford, S. Sens. Rev. 2004, 24, 181-198
15. Sang-Mok, C.; Muramatsu, H.; Nakamura, C.; Miyake, J. Mater. Sci. Eng., C 2000, C12, 111-123
16. Pohl, A. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control 2000, 47, 317-332
17. Boisen, A.; Dohn, S.; Keller, S. S.; Schmid, S.; Tenje, M. Rep. Prog. Phys. 2011, 74, 036101.
18. Furukawa, H.; Yaghi, O. M. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 8875-8883
19. Mendoza-Cortes, J. L.; Han, S. S.; Furukawa, H.; Yaghi, O. M.; Goddard, W. A. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 10824-10833
20. Duren, T.; Sarkisov, L.; Yaghi, O. M.; Snurr, R. Q. Langmuir 2004, 20, 2683-2689
21. Frost, H.; Duren, T.; Snurr, R. Q. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 9565-9570
22. Meek, S. T.; Greathouse, J. A.; Allendorf, M. D. Adv. Mater. 2011, 23, 249-267
23. Duren, T.; Bae, Y. S.; Snurr, R. Q. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1237-1247
24. Rappe, A. K.; Casewit, C. J.; Colwell, K. S.; Goddard, W. A.; Skiff, W. M. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 10024-10035
25. Mayo, S. L.; Olafson, B. D.; Goddard, W. A. J. Phys. Chem. 1990, 94, 8897-8909
26. Ma, Q. T.; Yang, Q. Y.; Zhong, C. L.; Mi, J. G.; Liu, D. H. Langmuir 2010, 26, 5160-5166
27. Haldoupis, E.; Nair, S.; Sholl, D. S. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 7528-7539
28. Krishna, R.; van Baten, J. A. Langmuir 2010, 26, 3981-3992
29. Babarao, R.; Jiang, J. W.; Sandler, S. I. Langmuir 2009, 25, 5239-5247
30. Mu, W.; Liu, D. H.; Yang, Q. Y.; Zhong, C. L. Microporous Meosporous Mater. 2010, 130, 76-82
31. Farrusseng, D.; Daniel, C.; Gaudillere, C.; Ravon, U.; Schuurman, Y.; Mirodatos, C.; Dubbeldam, D.; Frost, H.; Snurr, R. Q. Langmuir 2009, 25, 7383-7388
32. Ye, Q. G.; Yan, S. Y.; Liu, D. H.; Yang, Q. Y.; Zhong, C. L. Mol. Simul. 2010, 36, 682-692
33. Wu, H.; Simmons, J. M.; Liu, Y.; Brown, C. M.; Wang, X.-S.; Ma, S.; Peterson, V. K.; Southon, P. D.; Kepert, C. J.; Zhou, H.-C.; Yildirim, T.; Zhou, W. Chem.-Eur. J. 2010, 16, 5205-5214
34. Xue, C. Y.; Yang, Q. Y.; Zhong, C. L. Mol. Simul. 2009, 35, 1249-1255
35. Yazaydin, A. O.; Snurr, R. Q.; Park, T.-H.; Koh, K.; Liu, J.; LeVan, M. D.; Benin, A. I.; Jakubczak, P.; Lanuza, M.; Galloway, D. B.; Low, J. J.; Willis, R. R. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 18198-18199
36. Liu, Y. H.; Liu, D. H.; Yang, Q. Y.; Zhong, C. L.; Mi, J. G. Ind. Eng. Chem. Res. 2010, 49, 2902-2906
37. Getzschmann, J.; Senkovska, I.; Wallacher, D.; Tovar, M.; Fairen-Jimenez, D.; Düren, T.; van Baten, J. M.; Krishna, R.; Kaskel, S. Microporous Meosporous Mater. 2010, 136, 50-58
38. Chen, B. L.; Xiang, S. C.; Qian, G. D. Acc. Chem. Res. 2010, 43, 1115-1124
39. Wu, H.; Zhou, W.; Yildirim, T. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 4995-5000
40. Rosi, N. L.; Kim, J.; Eddaoudi, M.; Chen, B. L.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 1504-1518
41. Dietzel, P. D. C.; Morita, Y.; Blom, R.; Fjellvag, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 6354-6358
42. Dietzel, P. D. C.; Panella, B.; Hirscher, M.; Blom, R.; Fjellvag, H. Chem. Commun. 2006, 959-961
43. Ma, S.; Sun, D.; Simmons, J. M.; Collier, C. D.; Yuan, D.; Zhou, H. C. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 1012-1016
44. Chui, S. S. Y.; Lo, S. M. F.; Charmant, J. P. H; Orpen, A. G.; Williams, I. D. Science 1999, 283, 1148-1150
45. Wang, X.-S.; Ma, S.; Rauch, K.; Simmons, J. M.; Yuan, D.; Wang, X.; Yildirim, T.; Cole, W. C.; López, J. J.; Meijere, A. d.; Zhou, H.-C. Chem. Mater. 2008, 20, 3145-3152
46. Lin, X.; Jia, J.; Zhao, X.; Thomas, K. M.; Blake, A. J.; Walker, G. S.; Champness, N. R.; Hubberstey, P.; Schröder, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 7358-7364
47. Chen, B.; Ockwig, N. W.; Millward, A. R.; Contreras, D. S.; Yaghi, O. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 4745-4749
48. 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, 268-272
49. Koh, K.; Wong-Foy, A. G.; Matzger, A. J. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 4184-4185
50. Kyoungmoo Koh, A. G. W.-F.; Adam, J. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 677-680
51. Connolly, M. L. Science 1983, 221, 709-713
52. Smart, O. S.; Neduvelil, J. G.; Wang, X.; Wallace, B. A.; Sansom, M. S. P. J. Mol. Graphics Modell. 1996, 14, 354-&
53. Britt, D.; Furukawa, H.; Wang, B.; Glover, T.; Yaghi, O. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 20637-20640
54. Dietzel, Pascal D. C.; Johnsen, Rune E.; Blom, R.; Fjellvåg, H. Chem.- Eur. J. 2008, 14, 2389-2397
55. Caskey, S. R.; Wong-Foy, A. G.; Matzger, A. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 10870-10871
56. Wang, Q. M.; Shen, D. M.; Bulow, M.; Lau, M. L.; Deng, S. G.; Fitch, F. R.; Lemcoff, N. O.; Semanscin, J. Microporous Meosporous Mater. 2002, 55, 217-230
57. 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.; Schroder, M. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 2159-2171
58. Zhou, W.; Wu, H.; Yildirim, T. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 15268-+
59. Rappe, A. K.; Goddard, W. A. J. Phys. Chem. 1991, 95, 3358-3363
60. Martin, M. G.; Siepmann, J. I. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 2569-2577
61. Goodbody, S. J.; Watanabe, K.; Macgowan, D.; Walton, J.; Quirke, N. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1991, 87, 1951-1958
62. Allen, M. P.; Tildesley, D. J. Computer Simulation of Liquids; Oxford University Press: Oxford, 1996.
63. Assfour, B.; Seifert, G. Int. J. Hydrogen Energy 2009, 34, 8135-8143
64. Nalaparaju, A.; Babarao, R.; Zhao, X. S.; Jiang, J. W. ACS Nano 2009, 3, 2563-2572
65. Berendsen, H. J. C.; Grigera, J. R.; Straatsma, T. P. J. Phys. Chem. 1987, 91, 6269-6271
66. Potoff, J. J.; Siepmann, J. I. AIChE J. 2001, 47, 1676-1682
67. Xu, Q.; Zhong, C. L. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 5035-5042
68. Meng, C. C.; Zhong, C. L. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 9945-9951
69. Zhong, C. L., Personal communication.
70. Errington, J. R.; Panagiotopoulos, A. Z. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 7470-7475
71. Martin, M. G. MCCCS Towhee; http://towhee.sourceforge.net.
72. Yang, Q. Y.; Zhong, C. L.; Chen, J. F. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 1562-1569
73. Greathouse, J. A.; Kinnibrugh, T. L.; Allendorf, M. D. Ind. Eng. Chem. Res. 2009, 48, 3425-3431
74. Snurr, R. Q.; Bell, A. T.; Theodorou, D. N. J. Phys. Chem. 1993, 97, 13742-13752
75. Gumma, S.; Talu, O. Langmuir 2010, 26, 17013-17023
76. Garberoglio, G. Langmuir 2007, 23, 12154-12158
77. Lan, J. H.; Cao, D. P.; Wang, W. C. Langmuir 2010, 26, 220-226
78. Yang, Q. Y.; Zhong, C. L. ChemPhysChem 2006, 7, 1417-1421
79. Karra, J. R.; Walton, K. S. Langmuir 2008, 24, 8620-8626
80. Li, J. R.; Kuppler, R. J.; Zhou, H. C. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1477-1504
81. Eddaoudi, M.; Kim, J.; Rosi, N.; Vodak, D.; Wachter, J.; O'Keefe, M.; Yaghi, O. M. Science 2002, 295, 469-472
82. Couck, S.; Denayer, J. F. M.; Baron, G. V.; Remy, T.; Gascon, J.; Kapteijn, F. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6326-6327
83. CRC Handbook of Chemistry and Physics; 84 th ed.; Lide, D. R., Ed.; CRC Press: Boca Raton, FL, 2004.
84. Ballantine, D. S.; White, R. M.; Martin, S. J.; Ricco, A. J.; Zellers, E. T.; Frye, G. C.; Wohltjen, H. Acoustic Wave Sensors. Theory, Design, and Physico-Chemical Applications; Academic Press: San Diego, 1997.
85. Jin, D. Z.; Liu, H.; Li, X. X.; Liu, M.; Zuo, G. M.; Wang, Y. L.; Yu, H. T.; Ge, X. H. In 2006 1st IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems; IEEE: New York, 2006; Vols 1-3, pp 832-836.
86. Castillo, J. M.; Vlugt, T. J. H.; Calero, S. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 15934-15939
87. Chen, L.; Grajciar, L.; Nachtigall, P.; Düren, T. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 23074-23080
88. Fischer, M.; Kuchta, B.; Firlej, L.; Hoffmann, F.; Fröba, M. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 19116-19126
89. Yazaydin, A. O.; Benin, A. I.; Faheem, S. A.; Jakubczak, P.; Low, J. J.; Willis, R. R.; Snurr, R. Q. Chem. Mater. 2009, 21, 1425-1430
90. Willis, R. R.; Low, J. J.; Faheem, S. A.; Benin, A. I.; Snurr, R. Q.; Yazaydin, A. O. Gas Adsorption on Metal-Organic Frameworks. U.S. Patent Appl. 20100069234, 2009.