Theoretical investigations of CO2 and H2 sorption in an interpenetrated square-pillared metal-organic material

Journal of Physical Chemistry C

Volumn 117, Issue 19, 2013, Pages 9970-9982

  Pham, Tony ^a   Forrest, Katherine A ^a   McLaughlin, Keith ^a   Tudor, Brant ^a   Nugent, Patrick ^a   Hogan, Adam ^a   Mullen, Ashley ^a   Cioce, Christian R ^a   Zaworotko, Michael J ^a   Space, Brian ^a  

^a UNIVERSITY OF SOUTH FLORIDA   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EXPERIMENTAL MEASUREMENTS; HORIZONTAL ALIGNMENT; HYDROGEN SORPTION; INTERMOLECULAR INTERACTIONS; ISOSTERIC HEATS OF ADSORPTIONS; SIMULATED STRUCTURE; SORPTION ISOTHERMS; THEORETICAL INVESTIGATIONS;

ADSORPTION ISOTHERMS; BINARY MIXTURES; MOLECULES; SORPTION; SYNTHESIS GAS;

CARBON DIOXIDE;

EID: 84878029405     PISSN: 19327447     EISSN: 19327455     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp402764s     Document Type: Article

References (107)

1. M. Halmann, M. S. Greenhouse Gas Carbon Dioxide Mitigation: Science and Technology; Lewis Publishers: Boca Raton, FL, 2000.
2. Yang, Q.; Zhong, C.; Chen, J.-F. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 1562-1569
3. Heinberg, R. The Party's Over: Oil, War and the Fate of Industrial Socieites; New Society Publishers: Gabriola Island, Canada, 2005.
4. Schlapbach, L.; Zuttel, A. Nature 2001, 414, 353-358
5. Collins, D. J.; Ma, S.; Zhou, H.-C. In Hydrogen and Methane Storage in Metal-Organic Frameworks; John Wiley & Sons, Inc., 2010; pp 249-266.
6. Hydrogen Basics-Production, 2007; http://www.fsec.ucf.edu/en/consumer/ hydrogen/basics/production.html [accessed Dec 5, 2011].
7. Hufton, J. R.; Mayorga, S.; Sircar, S. AIChE J. 1999, 45, 248-256
8. Babarao, R.; Jiang, J. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 11417-11425
9. Collins, D. J.; Zhou, H.-C. J. Mater. Chem. 2007, 17, 3154-3160
10. Farha, O. K.; Yazaydin, A. O.; Eryazici, I.; Malliakas, C. D.; Hauser, B. G.; Kanatzidis, M. G.; Nguyen, S. T.; Snurr, R. Q.; Hupp, J. T. Nat. Chem. 2010, 2, 944-948
11. Suh, M. P.; Park, H. J.; Prasad, T. K.; Lim, D.-W. Chem. Rev. 2012, 112, 782-835
12. Snurr, R. Q.; Hupp, J. T.; Nguyen, S. T. AIChE J. 2004, 50, 1090-1095
13. Delgado, J. A.; Uguina, M. A.; Gómez, J. M.; Ortega, L. Sep. Purif. Technol. 2006, 48, 223-228
14. Sumida, K.; Rogow, D. L.; Mason, J. A.; McDonald, T. M.; Bloch, E. D.; Herm, Z. R.; Bae, T.-H.; Long, J. R. Chem. Rev. 2012, 112, 724-781
15. Babarao, R.; Eddaoudi, M.; Jiang, J. W. Langmuir 2010, 26, 11196-11203
16. Li, J.-R.; Ma, Y.; McCarthy, M. C.; Sculley, J.; Yu, J.; Jeong, H.-K.; Balbuena, P. B.; Zhou, H.-C. Coord. Chem. Rev. 2011, 255, 1791-1823
17. Yaghi, O. M.; Li, H.; Davis, C.; Richardson, D.; Groy, T. L. ChemInform 1998, 29, 474-484
18. Eddaoudi, M.; Moler, D. B.; Li, H.; Chen, B.; Reineke, T. M.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Acc. Chem. Res. 2001, 34, 319-330
19. Eddaoudi, M.; Kim, J.; Rosi, N.; Vodak, D.; Wachter, J.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Science 2002, 295, 469-472
20. Eddaoudi, M.; Eubank, J. F. In Insight into the Development of Metal-Organic Materials (MOMs): At Zeolite-Like Metal-Organic Frameworks (ZMOFs); John Wiley & Sons, Inc.: 2010; pp 37-89.
21. Nouar, F.; Eckert, J.; Eubank, J. F.; Forster, P.; Eddaoudi, M. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 2864-2870
22. Belof, J. L.; Stern, A. C.; Eddaoudi, M.; Space, B. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 15202-15210
23. Forrest, K. A.; Pham, T.; McLaughlin, K.; Belof, J. L.; Stern, A. C.; Zaworotko, M. J.; Space, B. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 15538-15549
24. Rosi, N. L.; Eckert, J.; Eddaoudi, M.; Vodak, D. T.; Kim, J.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Science 2003, 300, 1127-1129
25. Liu, Y.; Eubank, J.; Cairns, A.; Eckert, J.; Kravtsov, V.; Luebke, R.; Eddaoudi, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 3278-3283
26. Millward, A. R.; Yaghi, O. M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 17998-17999
27. Banerjee, R.; Phan, A.; Wang, B.; Knobler, C.; Furukawa, H.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Science 2008, 319, 939-943
28. Britt, D.; Furukawa, H.; Wang, B.; Glover, T. G.; Yaghi, O. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 20637-20640
29. Nugent, P.; Belmabkhout, Y.; Burd, S. D.; Cairns, A. J.; Luebke, R.; Forrest, K.; Pham, T.; Ma, S.; Space, B.; Wojtas, L.; Eddaoudi, M.; Zaworotko, M. J. Nature 2013, 495, 80-84
30. Hynek, S.; Fuller, W.; Bentley, J. Int. J. Hydrogen Energy 1997, 22, 601-610
31. Zuttel, A.; Wenger, P.; Sudan, P.; Mauron, P.; ichi Orimo, S. Mater. Sci. Eng., B 2004, 108, 9-18
32. Nijkamp, M.; Raaymakers, J.; van Dillen, A.; de Jong, K. Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 2001, 72, 619-623
33. Chen, B.; Ockwig, N. W.; Millward, A. R.; Contreras, D. S.; Yaghi, O. M. Angew. Chem. 2005, 117, 4823-4827
34. Lin, J.-B.; Zhang, J.-P.; Chen, X.-M. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 6654-6656
35. Lin, Q.; Wu, T.; Zheng, S.-T.; Bu, X.; Feng, P. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 784-787
36. Li, B. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 1412-1415
37. Rosi, N. L.; Kim, J.; Eddaoudi, M.; Chen, B.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 1504-1518
38. Caskey, S. R.; Wong-Foy, A. G.; Matzger, A. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 10870-10871
39. Dietzel, P.; Johnsen, R.; Blom, R.; FjellvaÌŠg, H. Chem.-Eur. J. 2008, 14, 2389-2397
40. McDonald, T. M.; Lee, W. R.; Mason, J. A.; Wiers, B. M.; Hong, C. S.; Long, J. R. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 7056-7065
41. Kizzie, A. C.; Wong-Foy, A. G.; Matzger, A. J. Langmuir 2011, 27, 6368-6373
42. Sakintuna, B.; Lamari-Darkrim, F.; Hirscher, M. Int. J. Hydrogen Energy 2007, 32, 1121-1140
43. Mohamed, M. H.; Elsaidi, S. K.; Wojtas, L.; Pham, T.; Forrest, K. A.; Tudor, B.; Space, B.; Zaworotko, M. J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 19556-19559
44. Isaeva, V.; Kustov, L. Russ. J. Gen. Chem. 2007, 77, 721-739
45. Rowsell, J. L. C.; Yaghi, O. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 4670-4679
46. Desiraju, G. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 8342-8356
47. Moulton, B.; Zaworotko, M. Chem. Rev. 2001, 101, 1629-1658
48. Lin, M.-J.; Jouaiti, A.; Kyritsakas, N.; Hosseini, M. W. CrystEngComm 2011, 13, 776-778
49. Subramanian, S.; Zaworotko, M. J. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1995, 34, 2127-2129
50. Noro, S.-i.; Kitagawa, S.; Kondo, M.; Seki, K. Angew. Chem., Int. Ed. 2000, 39, 2081-2084
51. Uemura, K.; Maeda, A.; Maji, T. K.; Kanoo, P.; Kita, H. Eur. J. Inorg. Chem. 2009, 2009, 2329-2337
52. Burd, S. D.; Ma, S.; Perman, J. A.; Sikora, B. J.; Snurr, R. Q.; Thallapally, P. K.; Tian, J.; Wojtas, L.; Zaworotko, M. J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 3663-3666
53. Lin, M.-J.; Jouaiti, A.; Kyritsakas, N.; Hosseini, M. W. CrystEngComm 2009, 11, 189-191
54. Kanoo, P.; Reddy, S. K.; Kumari, G.; Haldar, R.; Narayana, C.; Balasubramanian, S.; Maji, T. K. Chem. Commun. 2012, 48, 8487-8489
55. Noro, S.-i.; Hijikata, Y.; Inukai, M.; Fukushima, T.; Horike, S.; Higuchi, M.; Kitagawa, S.; Akutagawa, T.; Nakamura, T. Inorg. Chem. 2013, 52, 280-285
56. Nugent, P.; Rhodus, V.; Pham, T.; Tudor, B.; Forrest, K.; Wojtas, L.; Space, B.; Zaworotko, M. Chem. Commun. 2013, 49, 1606-1608
57. Kusgens, P.; Rose, M.; Senkovska, I.; Frode, H.; Henschel, A.; Siegle, S.; Kaskel, S. Microporous Mesoporous Mater. 2009, 120, 325-330
58. Yang, D.-A.; Cho, H.-Y.; Kim, J.; Yang, S.-T.; Ahn, W.-S. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 6465-6473
59. Coe, B. J.; Harries, J. L.; Harris, J. A.; Brunschwig, B. S.; Coles, S. J.; Light, M. E.; Hursthouse, M. B. Dalton Trans. 2004, 2935-2942
60. Brunauer, S.; Emmett, P. H.; Teller, E. J. Am. Chem. Soc. 1938, 60, 309-319
61. 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
62. Marcz, M.; Johnsen, R. E.; Dietzel, P. D.; Fjellvag, H. Microporous Mesoporous Mater. 2012, 157, 62-74
63. Llewellyn, P. L.; Bourrelly, S.; Serre, C.; Vimont, A.; Daturi, M.; Hamon, L.; De Weireld, G.; Chang, J.-S.; Hong, D.-Y.; Kyu Hwang, Y.; Hwa Jhung, S.; Ferey, G. Langmuir 2008, 24, 7245-7250
64. Lässig, D.; Lincke, J.; Moellmer, J.; Reichenbach, C.; Moeller, A.; Gläser, R.; Kalies, G.; Cychosz, K. A.; Thommes, M.; Staudt, R.; Krautscheid, H. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 10344-10348
65. 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
66. Aprea, P.; Caputo, D.; Gargiulo, N.; Iucolano, F.; Pepe, F. J. Chem. Eng. Data 2010, 55, 3655-3661
67. Dincǎ, M.; Dailly, A.; Liu, Y.; Brown, C. M.; Neumann, D. A.; Long, J. R. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16876-16883
68. Yang, R. T. Gas Separation by Adsorption Processes; Imperial College Press: 1986.
69. Pan, H.; Ritter, J. A.; Balbuena, P. B. Langmuir 1998, 14, 6323-6327
70. Nicholson, D.; Parsonage, N. G. Computer Simulation and the Statistical Mechanics of Adsorption; Academic Press: London, 1982.
71. D'Alessandro, D.; Smit, B.; Long, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 6058-6082
72. Stern, A. C.; Belof, J. L.; Space, B. J. Chem. Phys. 2012, 136, 034705
73. Belof, J. L.; Stern, A. C.; Space, B. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 9316-9320
74. Grosch, J. S.; Paesani, F. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 4207-4215
75. Cirera, J.; Sung, J. C.; Howland, P. B.; Paesani, F. J. Chem. Phys. 2012, 137, 054704
76. Paesani, F. Mol. Simul. 2012, 38, 631-641
77. Jorgensen, W. L.; Maxwell, D. S.; Tirado-Rives, J. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 11225-11236
78. Rappé, A. K.; Casewit, C. J.; Colwell, K. S.; Goddard, W. A.; Skiff, W. M. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 10024-10035
79. van Duijnen, P. T.; Swart, M. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 2399-2407
80. Applequist, J.; Carl, J. R.; Fung, K.-K. J. Am. Chem. Soc. 1972, 94, 2952-2960
81. Thole, B. Chem. Phys. 1981, 59, 341-350
82. Bode, K. A.; Applequist, J. J. Phys. Chem. 1996, 100, 17820-17824
83. Belof, J. L.; Stern, A. C.; Space, B. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 1332-1337
84. Buch, V. J. Chem. Phys. 1994, 100, 7610-7629
85. McLaughlin, K.; Cioce, C. R.; Belof, J. L.; Space, B. J. Chem. Phys. 2012, 136, 194302
86. Potoff, J. J.; Siepmann, J. I. AIChE J. 2001, 47, 1676-1682
87. van der Sluis, P.; Spek, A. L. Acta Crystallogr. 1990, A46, 194-201
88. Spek, A. L. Acta Crystallogr. 1990, A46, C34
89. Lippens, B.; de Boer, J. J. Catal. 1965, 4, 319-323
90. de Boer, J.; Lippens, B.; Linsen, B.; Broekhoff, J.; van den Heuvel, A.; Osinga, T. J. J. Colloid Interface Sci. 1966, 21, 405-414
91. Voogd, P.; Scholten, J.; van Bekkum, H. Colloids Surf. 1991, 55, 163-171
92. Piper, J.; Morrison, J. A.; Peters, C. Mol. Phys. 1984, 53, 1463-1480
93. Karra, J. R.; Walton, K. S. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 15735-15740
94. Fischer, M.; Hoffmann, F.; Froba, M. RSC Adv. 2012, 2, 4382-4396
95. Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar, J.; Madura, J. D.; Impey, R. W.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1983, 79, 926
96. Angus, S.; Armstrong, B.; de Reuck, K. M. International Thermodynamic Tables of the Fluid State: Carbon dioxide; Pergamon Press: Oxford, U.K., 1976; Vol. 3, pp 68-76.
97. Frenkel, D.; Smit, B. Understanding Molecular Simulation: From Algorithms to Applications; Academic Press: New York, 2002.
98. Chui, S. S.-Y.; Lo, S. M.-F.; Charmant, J. P. H.; Orpen, A. G.; Williams, I. D. Science 1999, 283, 1148-1150
99. Rowsell, J. L. C.; Yaghi, O. M. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 1304-1315
100. Herm, Z. R.; Swisher, J. A.; Smit, B.; Krishna, R.; Long, J. R. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 5664-5667
101. Han, S. S.; Jung, D.-H.; Heo, J. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 71-77
102. Breck, D. W. Zeolite molecular sieves: structure, chemistry, and use; Wiley: New York, 1973; Vol. 4.
103. Jiang, J. AIChE J. 2009, 55, 2422-2432
104. Babarao, R.; Jiang, J. Energy Environ. Sci. 2009, 2, 1088-1093
105. Huang, H.; Zhang, W.; Liu, D.; Zhong, C. Ind. Eng. Chem. Res. 2012, 51, 10031-10038
106. Zhao, D.; Yuan, D.; Sun, D.; Zhou, H.-C. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 9186-9188
107. Yuan, D.; Zhao, D.; Sun, D.; Zhou, H.-C. Angew. Chem. 2010, 122, 5485-5489