Elucidating the breathing of the metal-organic framework MIL-53(Sc) with ab initio molecular dynamics simulations and in situ X-ray Powder Diffraction Experiments

Journal of the American Chemical Society

Volumn 135, Issue 42, 2013, Pages 15763-15773

  Chen, Linjiang ^a   Mowat, John P S ^b   Fairen Jimenez, David ^c   Morrison, Carole A ^d   Thompson, Stephen P ^e   Wright, Paul A ^b   Düren, Tina ^a  

^a UNIVERSITY OF EDINBURGH   (United Kingdom)

^b UNIVERSITY OF ST ANDREWS   (United Kingdom)

^c UNIVERSITY OF CAMBRIDGE   (United Kingdom)

^d UNIVERSITY OF EDINBURGH   (United Kingdom)

^e DIAMOND LIGHT SOURCE LTD   (United Kingdom)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ADSORPTION; CARBON DIOXIDE; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; FORECASTING; METAL-ORGANIC FRAMEWORKS; ORGANOMETALLICS; TEMPERATURE; X RAY POWDER DIFFRACTION;

AB INITIO MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION; ANISOTROPIC PEAK BROADENING; DISPERSION-CORRECTED DENSITY FUNCTIONAL; INTERMEDIATE STRUCTURES; MOLECULAR LEVEL INTERACTIONS; SITU X-RAY POWDER DIFFRACTION; STRUCTURE DETERMINATION; SYNCHROTRON X RAY DIFFRACTION;

MOLECULAR DYNAMICS;

CARBON DIOXIDE; METAL ORGANIC FRAMEWORK;

AB INITIO CALCULATION; ACCURACY; ADSORPTION; ARTICLE; CARBON DIOXIDE TENSION; COMPUTER SIMULATION; CRYSTAL STRUCTURE; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; MOLECULAR DYNAMICS; PREDICTION; TEMPERATURE DEPENDENCE; X RAY POWDER DIFFRACTION;

EID: 84886453739     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja403453g     Document Type: Article

References (71)

1. Zhou, H.-C.; Long, J. R.; Yaghi, O. M. Chem. Rev. 2012, 112, 673
2. Kitagawa, S.; Kitaura, R.; Noro, S.-i. Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43, 2334
3. Férey, G.; Serre, C. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1380
4. Horike, S.; Shimomura, S.; Kitagawa, S. Nat. Chem. 2009, 1, 695
5. Serre, C.; Millange, F.; Thouvenot, C.; Noguès, M.; Marsolier, G.; Louër, D.; Férey, G. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 13519
6. Serre, C.; Mellot-Draznieks, C.; Surblé, S.; Audebrand, N.; Filinchuk, Y.; Férey, G. Science 2007, 315, 1828
7. Férey, G.; Serre, C.; Devic, T.; Maurin, G.; Jobic, H.; Llewellyn, P. L.; De Weireld, G.; Vimont, A.; Daturi, M.; Chang, J.-S. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 550
8. Horcajada, P.; Gref, R.; Baati, T.; Allan, P. K.; Maurin, G.; Couvreur, P.; Férey, G.; Morris, R. E.; Serre, C. Chem. Rev. 2012, 112, 1232
9. Loiseau, T.; Serre, C.; Huguenard, C.; Fink, G.; Taulelle, F.; Henry, M.; Bataille, T.; Férey, G. Chem.-Eur. J. 2004, 10, 1373
10. Whitfield, T. R.; Wang, X.; Liu, L.; Jacobson, A. J. Solid State Sci. 2005, 7, 1096
11. Mowat, J. P. S.; Miller, S. R.; Slawin, A. M. Z.; Seymour, V. R.; Ashbrook, S. E.; Wright, P. A. Microporous Mesoporous Mater. 2011, 142, 322
12. Millange, F.; Guillou, N.; Walton, R. I.; Greneche, J.-M.; Margiolaki, I.; Férey, G. Chem. Commun. 2008, 4732
13. Devic, T.; Salles, F.; Bourrelly, S.; Moulin, B.; Maurin, G.; Horcajada, P.; Serre, C.; Vimont, A.; Lavalley, J.-C.; Leclerc, H.; Clet, G.; Daturi, M.; Llewellyn, P. L.; Filinchuk, Y.; Férey, G. J. Mater. Chem. 2012, 22, 10266
14. Mowat, J. P. S.; Seymour, V. R.; Griffin, J. M.; Thompson, S. P.; Slawin, A. M. Z.; Fairen-Jimenez, D.; Düren, T.; Ashbrook, S. E.; Wright, P. A. Dalton Trans. 2012, 41, 3937
15. Millange, F.; Serre, C.; Guillou, N.; Férey, G.; Walton, R. I. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 4100
16. Llewellyn, P. L.; Horcajada, P.; Maurin, G.; Devic, T.; Rosenbach, N.; Bourrelly, S.; Serre, C.; Vincent, D.; Loera-Serna, S.; Filinchuk, Y.; Férey, G. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 13002
17. Hamon, L.; Llewellyn, P. L.; Devic, T.; Ghoufi, A.; Clet, G.; Guillerm, V.; Pirngruber, G. D.; Maurin, G.; Serre, C.; Driver, G.; van Beek, W.; Jolimaiître, E.; Vimont, A.; Daturi, M.; Férey, G. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 17490
18. Yang, Q.; Wiersum, A. D.; Jobic, H.; Guillerm, V.; Serre, C.; Llewellyn, P. L.; Maurin, G. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 13768
19. Salles, F.; Maurin, G.; Serre, C.; Llewellyn, P. L.; Knöfel, C.; Choi, H. J.; Filinchuk, Y.; Oliviero, L.; Vimont, A.; Long, J. R.; Férey, G. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 13782
20. Hoffmann, H. C.; Assfour, B.; Epperlein, F.; Klein, N.; Paasch, S.; Senkovska, I.; Kaskel, S.; Seifert, G.; Brunner, E. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8681
21. Rabone, J.; Yue, Y.-F.; Chong, S. Y.; Stylianou, K. C.; Bacsa, J.; Bradshaw, D.; Darling, G. R.; Berry, N. G.; Khimyak, Y. Z.; Ganin, A. Y.; Wiper, P.; Claridge, J. B.; Rosseinsky, M. J. Science 2010, 329, 1053
22. Férey, G. Z. Anorg. Allg. Chem. 2012, 638, 1897
23. Ghoufi, A.; Subercaze, A.; Ma, Q.; Yot, P. G.; Ke, Y.; Puente-Orench, I.; Devic, T.; Guillerm, V.; Zhong, C.; Serre, C.; Férey, G.; Maurin, G. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 13289
24. Ghoufi, A.; Maurin, G.; Férey, G. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 2810
25. Dubbeldam, D.; Krishna, R.; Snurr, R. Q. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 19317
26. Coudert, F.-X.; Mellot-Draznieks, C.; Fuchs, A. H.; Boutin, A. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 11329
27. Triguero, C.; Coudert, F.-X.; Boutin, A.; Fuchs, A. H.; Neimark, A. V. J. Chem. Phys. 2012, 137 184702
28. Coombes, D. S.; Corà, F.; Mellot-Draznieks, C.; Bell, R. G. J. Phys. Chem. C 2008, 113, 544
29. Triguero, C.; Coudert, F.-X.; Boutin, A.; Fuchs, A. H.; Neimark, A. V. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 2033
30. Frenkel, D.; Smit, B. Understanding Molecular Simulation: From Algorithms to Applications, 2 nd ed.; Academic Press: San Diego, CA, 2002.
31. Serre, C.; Bourrelly, S.; Vimont, A.; Ramsahye, N. A.; Maurin, G.; Llewellyn, P. L.; Daturi, M.; Filinchuk, Y.; Leynaud, O.; Barnes, P.; Férey, G. Adv. Mater. 2007, 19, 2246
32. Salles, F.; Ghoufi, A.; Maurin, G.; Bell, R. G.; Mellot-Draznieks, C.; Férey, G. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 8487
33. Bourrelly, S.; Moulin, B.; Rivera, A.; Maurin, G.; Devautour-Vinot, S.; Serre, C.; Devic, T.; Horcajada, P.; Vimont, A.; Clet, G.; Daturi, M.; Lavalley, J.-C.; Loera-Serna, S.; Denoyel, R.; Llewellyn, P. L.; Férey, G. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 9488
34. Salles, F.; Bourrelly, S.; Jobic, H.; Devic, T.; Guillerm, V.; Llewellyn, P.; Serre, C.; Férey, G.; Maurin, G. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 10764
35. Hamon, L.; Leclerc, H.; Ghoufi, A.; Oliviero, L.; Travert, A.; Lavalley, J.-C.; Devic, T.; Serre, C.; Férey, G.; De Weireld, G.; Vimont, A.; Maurin, G. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 2047
36. Zhang, L.; Hu, Z.; Jiang, J. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 3722
37. Vanduyfhuys, L.; Verstraelen, T.; Vandichel, M.; Waroquier, M.; Van Speybroeck, V. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 3217
38. Car, R.; Parrinello, M. Phys. Rev. Lett. 1985, 55, 2471
39. Mark, E. T. J. Phys.: Condens. Matter 2002, 14, R1297
40. Kirchner, B.; di Dio, P. J.; Hutter, J. Top. Curr. Chem. 2012, 307, 109
41. Sieffert, N.; Bühl, M.; Gaigeot, M.-P.; Morrison, C. A. J. Chem. Theory Comput. 2013, 9, 106
42. Kimmel, G. A.; Baer, M.; Petrik, N. G.; VandeVondele, J.; Rousseau, R.; Mundy, C. J. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 778
43. Mallik, B. S.; Siepmann, J. I. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 12577
44. Schmidt, J.; VandeVondele, J.; Kuo, I. F. W.; Sebastiani, D.; Siepmann, J. I.; Hutter, J.; Mundy, C. J. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 11959
45. Poater, A.; Ragone, F.; Correa, A.; Cavallo, L. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 9000
46. Kanoo, P.; Reddy, S. K.; Kumari, G.; Haldar, R.; Narayana, C.; Balasubramanian, S.; Maji, T. K. Chem. Commun. 2012, 48, 8487
47. Schröder, C. A.; Baburin, I. A.; van Wullen, L.; Wiebcke, M.; Leoni, S. CrystEngComm 2013, 15, 4036
48. Wright, P. A.; Mowat, J. P. S. Unpublished data.
49. Kristyán, S.; Pulay, P. Chem. Phys. Lett. 1994, 229, 175
50. Cohen, A. J.; Mori-Sánchez, P.; Yang, W. Chem. Rev. 2012, 112, 289
51. Klimeš, J.; Michaelides, A. J. Chem. Phys. 2012, 137 120901
52. Stavitski, E.; Pidko, E. A.; Couck, S.; Remy, T.; Hensen, E. J. M.; Weckhuysen, B. M.; Denayer, J.; Gascon, J.; Kapteijn, F. Langmuir 2011, 27, 3970
53. Surble, S.; Serre, C.; Mellot-Draznieks, C.; Millange, F.; Férey, G. Chem. Commun. 2006, 284
54. Devic, T.; Horcajada, P.; Serre, C.; Salles, F.; Maurin, G.; Moulin, B.; Heurtaux, D.; Clet, G.; Vimont, A.; Grenèche, J.-M.; Le Ouay, B.; Moreau, F.; Magnier, E.; Filinchuk, Y.; Marrot, J.; Lavalley, J.-C.; Daturi, M.; Férey, G. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1127
55. Stylianou, K. C.; Rabone, J.; Chong, S. Y.; Heck, R.; Armstrong, J.; Wiper, P. V.; Jelfs, K. E.; Zlatogorsky, S.; Bacsa, J.; McLennan, A. G.; Ireland, C. P.; Khimyak, Y. Z.; Thomas, K. M.; Bradshaw, D.; Rosseinsky, M. J. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 20466
56. Levine, B. G.; Stone, J. E.; Kohlmeyer, A. J. Comput. Phys. 2011, 230, 3556
57. Vimont, A.; Travert, A.; Bazin, P.; Lavalley, J.-C.; Daturi, M.; Serre, C.; Férey, G.; Bourrelly, S.; Llewellyn, P. L. Chem. Commun. 2007, 3291
58. Strutt, N. L.; Fairen-Jimenez, D.; Iehl, J.; Lalonde, M. B.; Snurr, R. Q.; Farha, O. K.; Hupp, J. T.; Stoddart, J. F. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 17436
59. Fairen-Jimenez, D.; Colon, Y. J.; Farha, O. K.; Bae, Y.-S.; Hupp, J. T.; Snurr, R. Q. Chem. Commun. 2012, 48, 10496
60. Bury, W.; Fairen-Jimenez, D.; Lalonde, M. B.; Snurr, R. Q.; Farha, O. K.; Hupp, J. T. Chem. Mater. 2013, 25, 739
61. Bourrelly, S.; Llewellyn, P. L.; Serre, C.; Millange, F.; Loiseau, T.; Férey, G. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 13519
62. Llewellyn, P. L.; Bourrelly, S.; Vagner, C.; Heymans, N.; Leclerc, H.; Ghoufi, A.; Bazin, P.; Vimont, A.; Daturi, M.; Devic, T.; Serre, C.; Weireld, G. D.; Maurin, G. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 962
63. VandeVondele, J.; Krack, M.; Mohamed, F.; Parrinello, M.; Chassaing, T.; Hutter, J. Comput. Phys. Commun. 2005, 167, 103
64. Lippert, G.; Hutter, J.; Parrinello, M. Mol. Phys. 1997, 92, 477
65. Goedecker, S.; Teter, M.; Hutter, J. Phys. Rev. B 1996, 54, 1703
66. Hartwigsen, C.; Goedecker, S.; Hutter, J. Phys. Rev. B 1998, 58, 3641
67. Krack, M. Theor. Chem. Acc. 2005, 114, 145
68. VandeVondele, J.; Hutter, J. J. Chem. Phys. 2007, 127 114105
69. Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098
70. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785
71. Grimme, S.; Antony, J.; Ehrlich, S.; Krieg, H. J. Chem. Phys. 2010, 132 154104