Tuning proton conductivity in alkali metal phosphonocarboxylates by cation size-induced and water-facilitated proton transfer pathways

Chemistry of Materials

Volumn 27, Issue 2, 2015, Pages 424-435

  Bazaga García, Montse ^a   Papadaki, Maria ^b   Colodrero, Rosario M P ^a   Olivera Pastor, Pascual ^a   Losilla, Enrique R ^a   Nieto Ortega, Belén ^a   Aranda, Miguel Ángel G ^a,c   Choquesillo Lazarte, Duane ^d   Cabeza, Aurelio ^a   Demadis, Konstantinos D ^b  

^a UNIVERSITY OF MÁLAGA   (Spain)

^b UNIVERSITY OF CRETE   (Greece)

^c ALBA SYNCHROTRON LIGHT SOURCE   (Spain)

^d CSIC   (Spain)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CARBOXYLATION; CESIUM; ENANTIOMERS; HYDROGEN BONDS; LIGANDS; LITHIUM; METAL IONS; MOLECULES; PROTON CONDUCTIVITY; PROTON TRANSFER; RHODIUM COMPOUNDS; SINGLE CRYSTALS; SODIUM COMPOUNDS; STEREOCHEMISTRY;

AB INITIO METHODOLOGY; CARBOXYLATE GROUPS; CHIRAL COMPOUNDS; COORDINATION ENVIRONMENT; FACILITATED PROTON TRANSFER; HYDROGEN BONDED NETWORK; POWDER DIFFRACTION; PROTON CONDUCTION MECHANISMS;

CESIUM COMPOUNDS;

EID: 84921729618     PISSN: 08974756     EISSN: 15205002     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cm502716e     Document Type: Article

References (90)

1. Special thematic issue on Metal Organic Frameworks. Chem. Rev. 2012, 112, 673-1268.
2. Special thematic issue on Hybrid Materials. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 453-1152.
3. Themed issue on Metal-Organic Frameworks. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1201.
4. 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
5. Cirujano, F. G.; Llabrés i Xamena, F. X.; Corma, A. Dalton Trans. 2012, 41, 4249
6. Nasalevich, M. A.; van der Veen, M.; Kapteijn, F.; Gascon, J. CrystEngComm 2014, 16, 4919-4926
7. He, Y.; Zhou, W.; Yildirimbd, T.; Chen, B. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 2735-2744
8. Morozan, A.; Jaouen, F. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 9269-9290
9. Furukawa, H.; Cordova, K. E.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Science 2013, 341, 1230444
10. Ren, Y.; Chia, G. H.; Gao, Z. Nanotoday 2013, 8, 577-597
11. Li, S.-L.; Xu, Q. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 1656-1683
12. Hurd, J. A.; Vaidhyanathan, R.; Thangadurai, V.; Ratcliffe, C. I.; Moudrakovski, I. L.; Shimizu, G. K. H. Nat. Chem. 2009, 1, 705-710
13. Liang, X.; Zhang, F.; Feng, W.; Zou, X.; Zhao, C.; Na, H.; Liu, C.; Sun, F.; Zhu, G. Chem. Sci. 2013, 4, 983-992
14. Inukai, M.; Horike, S.; Chen, W.; Umeyama, D.; Itakurad, T.; Kitagawa, S. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 10404-10409
15. Sadakiyo, M.; Yamada, T.; Honda, K.; Matsui, H.; Kitagawa, H. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 7701-7707
16. Paenasi, F. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 19508-19516
17. Sahoo, S. C.; Kundu, T.; Banerjee, R. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 17950-17958
18. Horike, S.; Umeyama, D.; Kitagawa, S. Acc. Chem. Res. 2013, 46, 2376-2384
19. Sadakiyo, M.; Okawa, H.; Shigematsu, A.; Ohba, M.; Yamada, T.; Kitagawa J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 5472-5475
20. Shigematsu, A.; Yamada, T.; Kitagawa, K. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 2034-2036
21. Taylor, J. M.; Dawson, K. W.; Shimizu, G. K. H. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 1193-1196
22. Kim, S.; Dawson, K. W.; Gelfand, B. S.; Taylor, J. M.; Shimizu, G. K. H. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 963-966
23. Ponomareva, V. G.; Kovalenko, K. A.; Chupakhin, A. P.; Dybtsev, D. N.; Shutova, E. S.; Fedin, V. P. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 15640-15643
24. Shimizu, G. K. H.; Taylor, J. M.; Kim, S. Science 2013, 341, 354-355
25. Metal Phosphonate Chemistry: From Synthesis to Applications; Clearfield, A.; Demadis, K. D., Eds.; The Royal Society of Chemistry: London, 2012.
26. Taylor, J. M.; Mah, R. K.; Moudrakovski, I. L.; Ratcliffe, C. I.; Vaidhyanathan, R.; Shimizu, G. K. H. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 14055-14057
27. Sadakiyo, M.; Yamada, T.; Kitagawa, H. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 9906-9907
28. Colodrero, R. M. P.; Olivera-Pastor, P.; Losilla, E. R.; Aranda, M. A. G.; Leon-Reina, L.; Papadaki, M.; McKinlay, A. C.; Morris, R. E.; Demadis, K. D.; Cabeza, A. Dalton Trans. 2012, 41, 4045-4051
29. Colodrero, R. M. P.; Papathanasiou, K. E.; Stavgianoudaki, N.; Olivera-Pastor, P.; Losilla, E. R.; Aranda, M. A. G.; León-Reina, L.; Sanz, J.; Sobrados, I.; Choquesillo-Lazarte, D.; García-Ruiz, J. M.; Atienzar, P.; Rey, F.; Demadis, K. D.; Cabeza, A. Chem. Mater. 2012, 24, 3780-3792
30. Bazaga-García, M.; Colodrero, R. M. P.; Papadaki, M.; Garczarek, P.; Zoń, J.; Olivera-Pastor, P.; Losilla, E. R.; León-Reina, L.; Aranda, M. A. G.; Choquesillo-Lazarte, D.; Demadis, K. D.; Cabeza, A. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 5731-5739
31. Pardo, E.; Train, C.; Gontard, G.; Boubekeur, K.; Fabelo, O.; Liu, H.; Dkhil, B.; Lloret, F.; Nakagawa, K.; Tokoro, H.; Ohkoshi, S.; Verdaguer, M. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 15328-15331
32. Umeyama, D.; Horike, S.; Inukai, M.; Hijikata, Y.; Kitagawa, S. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 11706-11709
33. Lis, T. Acta Crystallogr. 1997, C53, 28-42
34. Cheng, C.-Y.; Lin, K.-J. Acta Crystallogr. 2006, C62, m363-m365
35. Kinnibrugh, T. L.; Garcia, N.; Clearfield, A. J. Solid State Chem. 2012, 187, 149-158
36. Mermer, A.; Starynowicz, P. Acta Crystallogr. 2011, B67, 399-408
37. Deacon, G. B.; Greenhill, N. B.; Junk, P. C.; Wiecko, M. J. Coord. Chem. 2011, 64, 179-185
38. Eddaoudi, M.; Kim, J.; Rosi, N.; Vodak, D.; Wachter, J.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Science 2002, 295, 469-472
39. Kitagawa, S.; Kitaura, R.; Noro, S. Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43, 2334-2375
40. Han, S. S.; Goddard, W. A. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 8422
41. Mulfort, K. L.; Hupp, J. T. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 9604
42. Mulfort, K. L.; Farha, O. K.; Stern, C. L.; Sarjeant, A. A.; Hupp, J. T. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3866
43. Yang, S. H.; Lin, X.; Blake, A. J.; Walker, G. S.; Hubberstey, P.; Champness, N. R.; Schroder, M. Nat. Chem. 2009, 1, 487-493
44. Tarascon, J. M.; Armand, M. Nature 2001, 414, 359-367
45. Armand, M.; Tarascon, J. M. Nature 2008, 451, 652-657
46. Gadjourova, Z.; Andreev, Y. G.; Tunstall, D. P.; Bruce, P. G. Nature 2001, 412, 520-523
47. Stoeva, Z.; Martin-Litas, I.; Staunton, E.; Andreev, Y. G.; Bruce, P. G. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 4619-4626
48. Zhang, C. H.; Gamble, S.; Ainsworth, D.; Slawin, A. M. Z.; Andreev, Y. G.; Bruce, P. G. Nat. Mater. 2009, 8, 580-584
49. Martinez-Tapia, H. S.; Cabeza, A.; Bruque, S.; Pertierra, P.; Garcia-Granda, S.; Aranda, M. A. G. J. Solid State Chem. 2000, 151, 122-129
50. Ayi, A. A.; Burrows, A. D.; Mahon, M. F.; Pop, V. M. J. Chem. Crystallogr. 2011, 41, 1165-1168
51. Gossman, W. L.; Wilson, S. R.; Oldfield, E. Acta Crystallogr. 2002, C58, m599-m600
52. Vega, D.; Baggio, R.; Garland, M. T. Acta Crystallogr. 1996, C52, 2198-2201
53. Vega, D.; Fernaandez, D.; Ellena, J. A. Acta Crystallogr. 2002, C58, m77-m80
54. Vega, D.; Baggio, R.; Piro, O. Acta Crystallogr. 1998, C54, 324-327
55. Zhou, W.; Bondarenko, A. S.; Boukamp, B. A.; Bouwmeester, H. J. M. Solid State Ionics 2008, 179, 380-384
56. Vijayakumar, M.; Traer, J. W.; Britten, J. F.; Goward, G. R. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 5221-5231
57. Boultif, A.; Louer, D. J. Appl. Crystallogr. 2004, 37, 724-731
58. Rius, J.; Vallcorba, O.; Peral, I.; Frontera, C.; Miravitlles, C. DAjust Software: Pattern Matching, Space Group Determination and Intensity Extraction from Powder Diffraction Data; Instituto de Ciencias de los Materiales de Barcelona (CSIC): Spain, 2011.
59. Rius, J. Acta Crystallogr. 2011, A67, 63
60. Rietveld, H. M. J. Appl. Crystallogr. 1969, 2, 65-71
61. Larson, A. C.; Von Dreele, R. B. General Structure Analysis System (GSAS); Los Alamos National Laboratory Report LAUR 86-748, 2004.
62. Bruker. APEX2 Software, V.2013.6; Bruker AXS Inc.: Madison, WI.
63. Sheldrick, G. M. SADABS, Program for Empirical Absorption Correction of Area Detector Data; University of Gottingen: Germany, 2009.
64. Sheldrick, G. M. Acta Crystallogr., Sect. A: Found. Crystallogr. 2008, A64, 112
65. winDETA; Novocontrol GmbH: Hundsangen, Germany, 1995.
66. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Mennucci, B.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Caricato, M.; Li, X.; Hratchian, H. P.; Izmaylov, A. F.; Bloino, J.; Zheng, G.; Sonnenberg, J. L.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Vreven, T.; Montgomery, J. A., Jr.; Peralta, J. E.; Ogliaro, F.; Bearpark, M.; Heyd, J. J.; Brothers, E.; Kudin, K. N.; Staroverov, V. N.; Kobayashi, R.; Normand, J.; Raghavachari, K.; Rendell, A.; Burant, J. C.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Cossi, M.; Rega, N.; Millam, N. J.; Klene, M.; Knox, J. E.; 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.; Martin, R. L.; Morokuma, K.; Zakrzewski, V. G.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Farkas, O.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cioslowski, J.; Fox, D. J. Gaussian 09, revision A.2; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2009.
67. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648-5652
68. Stephens, P. J.; Devlin, F. J.; Chabalowski, C. F.; Frisch, M. J. J. Phys. Chem. 1994, 98, 11623-11627
69. Runge, E.; Gross, E. K. U. Phys. Rev. Lett. 1984, 52, 997-1000
70. Gross, E. K. U.; Kohn, W. Adv. Quantum Chem. 1990, 21, 255-294
71. Demadis, K. D.; Papadaki, M.; Cisarova, I. ACS Appl. Mater. Interface 2010, 2, 1814-1816
72. Colodrero, R. M. P.; Cabeza, A.; Olivera-Pastor, P.; Rius, J.; Choquesillo-Lazarte, D.; García-Ruiz, J. M.; Papadaki, M.; Demadis, K. D.; Aranda, M. A. G. Cryst. Growth Des. 2011, 11, 1713-1722
73. Demadis, K. D.; Papadaki, M.; Raptis, R. G.; Zhao, H. J. Solid State Chem. 2008, 181, 679-683
74. Demadis, K. D.; Papadaki, M.; Raptis, R. G.; Zhao, H. Chem. Mater. 2008, 20, 4835-4846
75. Colodrero, R. M. P.; Olivera-Pastor, P.; Cabeza, A.; Papadaki, M.; Demadis, K. D.; Aranda, M. A. G. Inorg. Chem. 2010, 49, 761-768
76. Demadis, K. D.; Katarachia, S. D. Phosphorus, Sulfur Silicon 2004, 179, 627-648
77. Demadis, K. D.; Katarachia, S. D.; Koutmos, M. Inorg. Chem. Commun. 2005, 8, 254-258
78. Demadis, K. D.; Katarachia, S. D.; Zhao, H.; Raptis, R. G.; Baran, P. Cryst. Growth Des. 2006, 6, 836-838
79. Hou, S.-Z.; Cao, D.-K.; Li, Y.-Z.; Zheng, L.-M. Inorg. Chem. 2008, 47, 10211-10213
80. Fredoueil, F.; Evain, M.; Massiot, D.; Bujoli-Doeuff, M.; Bujoli, B. J. Mater. Chem. 2001, 11, 1106
81. Liu, X.-G.; Bao, S.-S.; Li, Y.-Z.; Zheng, L.-M. Inorg. Chem. 2008, 47, 5525
82. Mao, J.-G.; Wang, Z.-K.; Clearfield, A. Inorg. Chem. 2002, 41, 6106
83. Colodrero, R. M. P.; Olivera-Pastor, P.; Losilla, E. R.; Hernández-Alonso, D.; Aranda, M. A. G.; León-Reina, R. J.; Moreau, B.; Demadis, K. D.; Villemin, D.; Palomino, M.; Rey, F.; Cabeza, A. Inorg. Chem. 2012, 51, 7689-7698
84. Zhang, J. L.; Tang, Y. H.; Song, C. J.; Zhang, J. J.; Wang, H. J. J. Power Sources 2006, 163, 532-537
85. Liang, X.; Zhang, F.; Zhao, H.; Ye, W.; Long, L.; Zhu, G. Chem. Commun. 2014, 50, 6513-6516
86. Sahoo, S. C.; Kundu, T.; Banerjee, R. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 17950
87. Constatino, F.; Donnadio, M.; Casciola, M. Inorg. Chem. 2012, 51, 6992
88. Mallick, A.; Kundua, T.; Banerjee, R. Chem. Commun. 2012, 48, 8829-8831
89. Colodrero, R. M. P.; Angeli, G. K.; Bazaga-Garcia, M.; Olivera-Pastor, P.; Villemin, D.; Losilla, E. R.; Martos, E. Q.; Hix, G. B.; Aranda, M. A. G.; Demadis, K. D.; Cabeza, A. Inorg. Chem. 2013, 52, 8770-8783
90. Feyand, M.; Seidler, C. F.; Deiter, C.; Rothkirch, A.; Lieb, A.; Wark, M.; Stock, N. Dalton Trans. 2013, 42, 8761-8770