Ultraporous, water stable, and breathing zirconium-based metal-organic frameworks with ftw topology

Journal of the American Chemical Society

Volumn 137, Issue 40, 2015, Pages 13183-13190

  Deria, Pravas ^a,e   Gómez Gualdrón, Diego A ^a   Bury, Wojciech ^a,b   Schaef, Herbert T ^c   Wang, Timothy C ^a   Thallapally, Praveen K ^c   Sarjeant, Amy A ^a   Snurr, Randall Q ^a   Hupp, Joseph T ^a   Farha, Omar K ^a,d  

^a NORTHWESTERN UNIVERSITY   (United States)

^b WARSAW UNIVERSITY OF TECHNOLOGY   (Poland)

^c PACIFIC NORTHWEST NATIONAL LABORATORY   (United States)

^d KING ABDULAZIZ UNIVERSITY   (Saudi Arabia)

^e SOUTHERN ILLINOIS UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CRYSTALLINE MATERIALS; EMISSION SPECTROSCOPY; JAVA PROGRAMMING LANGUAGE; ORGANOMETALLICS; PROPANE; TOPOLOGY; X RAY DIFFRACTION;

EXCITATION AND EMISSION SPECTRA; HIGH SURFACE AREA; METAL ORGANIC FRAMEWORK; METALORGANIC FRAMEWORKS (MOFS); STRUCTURAL TRANSITIONS; TD-DFT CALCULATIONS; WATER STABILITY; WORKING CAPACITY;

METAL WORKING;

FLUORENE DERIVATIVE; METAL ORGANIC FRAMEWORK; PORPHYRIN DERIVATIVE; PROPANE; PYRENE DERIVATIVE; WATER; ZIRCONIUM DERIVATIVE;

ARTICLE; CONFORMATION; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; MOLECULAR MODEL; MOLECULAR STABILITY; SURFACE AREA; WORK CAPACITY; X RAY DIFFRACTION;

EID: 84944259426     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jacs.5b08860     Document Type: Article

References (89)

1. Eddaoudi, M.; Kim, J.; Rosi, N.; Vodak, D.; Wachter, J.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Science 2002, 295, 469 10.1126/science.1067208
2. Yaghi, O. M.; O'Keeffe, M.; Ockwig, N. W.; Chae, H. K.; Eddaoudi, M.; Kim, J. Nature 2003, 423, 705 10.1038/nature01650
3. Férey, G. Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 191 10.1039/B618320B
4. Kitagawa, S.; Kitaura, R.; Noro, S.-i. Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43, 2334 10.1002/anie.200300610
5. Deng, H.; Doonan, C. J.; Furukawa, H.; Ferreira, R. B.; Towne, J.; Knobler, C. B.; Wang, B.; Yaghi, O. M. Science 2010, 327, 846 10.1126/science.1181761
6. O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Chem. Rev. 2012, 112, 675 10.1021/cr200205j
7. Wilmer, C. E.; Leaf, M.; Lee, C. Y.; Farha, O. K.; Hauser, B. G.; Hupp, J. T.; Snurr, R. Q. Nat. Chem. 2012, 4, 83 10.1038/nchem.1192
8. Furukawa, H.; Cordova, K. E.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Science 2013, 341, 1230444 10.1126/science.1230444
9. Murray, L. J.; Dincə, M.; Long, J. R. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1294 10.1039/b802256a
10. Farha, O. K.; Yazaydln, A. Ö.; 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 10.1038/nchem.834
11. Getman, R. B.; Bae, Y.-S.; Wilmer, C. E.; Snurr, R. Q. Chem. Rev. 2012, 112, 703 10.1021/cr200217c
12. Suh, M. P.; Park, H. J.; Prasad, T. K.; Lim, D.-W. Chem. Rev. 2012, 112, 782 10.1021/cr200274s
13. Peng, Y.; Krungleviciute, V.; Eryazici, I.; Hupp, J. T.; Farha, O. K.; Yildirim, T. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 11887 10.1021/ja4045289
14. Wilmer, C. E.; Farha, O. K.; Yildirim, T.; Eryazici, I.; Krungleviciute, V.; Sarjeant, A. A.; Snurr, R. Q.; Hupp, J. T. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 1158 10.1039/c3ee24506c
15. He, Y.; Zhou, W.; Qian, G.; Chen, B. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 5657 10.1039/C4CS00032C
16. Li, J.-R.; Kuppler, R. J.; Zhou, H.-C. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1477 10.1039/b802426j
17. Li, J.-R.; Sculley, J.; Zhou, H.-C. Chem. Rev. 2012, 112, 869 10.1021/cr200190s
18. 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 10.1021/cr2003272
19. Wilmer, C. E.; Farha, O. K.; Bae, Y.-S.; Hupp, J. T.; Snurr, R. Q. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 9849 10.1039/c2ee23201d
20. Lee, J.; Farha, O. K.; Roberts, J.; Scheidt, K. A.; Nguyen, S. T.; Hupp, J. T. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1450 10.1039/b807080f
21. Ma, L.; Abney, C.; Lin, W. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1248 10.1039/b807083k
22. Yoon, M.; Srirambalaji, R.; Kim, K. Chem. Rev. 2012, 112, 1196 10.1021/cr2003147
23. Liu, J.; Chen, L.; Cui, H.; Zhang, J.; Zhang, L.; Su, C.-Y. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 6011 10.1039/C4CS00094C
24. Horike, S.; Shimomura, S.; Kitagawa, S. Nat. Chem. 2009, 1, 695 10.1038/nchem.444
25. Férey, G.; Serre, C. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1380 10.1039/b804302g
26. Schneemann, A.; Bon, V.; Schwedler, I.; Senkovska, I.; Kaskel, S.; Fischer, R. A. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 6062 10.1039/C4CS00101J
27. Gómez-Gualdron, D. A.; Wilmer, C. E.; Farha, O. K.; Hupp, J. T.; Snurr, R. Q. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 6941 10.1021/jp502359q
28. Thallapally, P. K.; Tian, J.; Kishan, M. R.; Fernandez, C. A.; Dalgarno, S. J.; McGrail, P. B.; Warren, J. E.; Atwood, J. L. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 16842 10.1021/ja806391k
29. Sakata, Y.; Furukawa, S.; Kondo, M.; Hirai, K.; Horike, N.; Takashima, Y.; Uehara, H.; Louvain, N.; Meilikhov, M.; Tsuruoka, T.; Isoda, S.; Kosaka, W.; Sakata, O.; Kitagawa, S. Science 2013, 339, 193 10.1126/science.1231451
30. Kitaura, R.; Seki, K.; Akiyama, G.; Kitagawa, S. Angew. Chem., Int. Ed. 2003, 42, 428 10.1002/anie.200390130
31. Dybtsev, D. N.; Chun, H.; Kim, K. Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43, 5033 10.1002/anie.200460712
32. Horike, S.; Matsuda, R.; Tanaka, D.; Matsubara, S.; Mizuno, M.; Endo, K.; Kitagawa, S. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 7226 10.1002/anie.200603196
33. 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 10.1002/adma.200602645
34. Kishan, M. R.; Tian, J.; Thallapally, P. K.; Fernandez, C. A.; Dalgarno, S. J.; Warren, J. E.; McGrail, B. P.; Atwood, J. L. Chem. Commun. 2010, 46, 538 10.1039/B913910A
35. Fernandez, C. A.; Thallapally, P. K.; Motkuri, R. K.; Nune, S. K.; Sumrak, J. C.; Tian, J.; Liu, J. Cryst. Growth Des. 2010, 10, 1037 10.1021/cg9014948
36. Fairen-Jimenez, D.; Moggach, S. A.; Wharmby, M. T.; Wright, P. A.; Parsons, S.; Düren, T. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 8900 10.1021/ja202154j
37. Fernandez, C. A.; Thallapally, P. K.; McGrail, B. P. ChemPhysChem 2012, 13, 3275 10.1002/cphc.201200243
38. Liao, P.-Q.; Zhou, D.-D.; Zhu, A.-X.; Jiang, L.; Lin, R.-B.; Zhang, J.-P.; Chen, X.-M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 17380 10.1021/ja3073512
39. Hong, D. H.; Suh, M. P. Chem. Commun. 2012, 48, 9168 10.1039/c2cc34482c
40. Henke, S.; Schneemann, A.; Wütscher, A.; Fischer, R. A. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 9464 10.1021/ja302991b
41. Mu, B.; Li, F.; Huang, Y.; Walton, K. S. J. Mater. Chem. 2012, 22, 10172 10.1039/c2jm15721g
42. Seo, J.; Bonneau, C.; Matsuda, R.; Takata, M.; Kitagawa, S. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 9005 10.1021/ja201484s
43. Furukawa, H.; Ko, N.; Go, Y. B.; Aratani, N.; Choi, S. B.; Choi, E.; Yazaydin, A. Ö.; Snurr, R. Q.; O'Keeffe, M.; Kim, J.; Yaghi, O. M. Science 2010, 329, 424 10.1126/science.1192160
44. Farha, O. K.; Eryazici, I.; Jeong, N. C.; Hauser, B. G.; Wilmer, C. E.; Sarjeant, A. A.; Snurr, R. Q.; Nguyen, S. T.; Yazaydln, A. Ö.; Hupp, J. T. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 15016 10.1021/ja3055639
45. Grünker, R.; Bon, V.; Müller, P.; Stoeck, U.; Krause, S.; Mueller, U.; Senkovska, I.; Kaskel, S. Chem. Commun. 2014, 50, 3450 10.1039/c4cc00113c
46. Férey, G.; Mellot-Draznieks, C.; Serre, C.; Millange, F.; Dutour, J.; Surblé, S.; Margiolaki, I. Science 2005, 309, 2040 10.1126/science.1116275
47. Park, K. S.; Ni, Z.; Côté, A. P.; Choi, J. Y.; Huang, R.; Uribe-Romo, F. J.; Chae, H. K.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006, 103, 10186 10.1073/pnas.0602439103
48. Cavka, J. H.; Jakobsen, S.; Olsbye, U.; Guillou, N.; Lamberti, C.; Bordiga, S.; Lillerud, K. P. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 13850 10.1021/ja8057953
49. Colombo, V.; Galli, S.; Choi, H. J.; Han, G. D.; Maspero, A.; Palmisano, G.; Masciocchi, N.; Long, J. R. Chem. Sci. 2011, 2, 1311 10.1039/c1sc00136a
50. Bon, V.; Senkovska, I.; Baburin, I. A.; Kaskel, S. Cryst. Growth Des. 2013, 13, 1231 10.1021/cg301691d
51. Bon, V.; Senkovska, I.; Weiss, M. S.; Kaskel, S. CrystEngComm 2013, 15, 9572 10.1039/c3ce41121d
52. Liu, T.-F.; Feng, D.; Chen, Y.-P.; Zou, L.; Bosch, M.; Yuan, S.; Wei, Z.; Fordham, S.; Wang, K.; Zhou, H.-C. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 413 10.1021/ja5111317
53. Kalidindi, S. B.; Nayak, S.; Briggs, M. E.; Jansat, S.; Katsoulidis, A. P.; Miller, G. J.; Warren, J. E.; Antypov, D.; Corà, F.; Slater, B.; Prestly, M. R.; Martĺ-Gastaldo, C.; Rosseinsky, M. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 221 10.1002/anie.201406501
54. Gutov, O. V.; Bury, W.; Gomez-Gualdron, D. A.; Krungleviciute, V.; Fairen-Jimenez, D.; Sarjeant, A. A.; Snurr, R. Q.; Hupp, J. T.; Yildirim, T.; Farha, O. K. Chem.-Eur. J. 2014, 20, 12389 10.1002/chem.201402895
55. Wang, T. C.; Bury, W.; Gómez-Gualdrón, D. A.; Vermeulen, N. A.; Mondloch, J. E.; Deria, P.; Zhang, K.; Moghadam, P. Z.; Sarjeant, A. A.; Snurr, R. Q.; Stoddart, J. F.; Hupp, J. T.; Farha, O. K. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 3585 10.1021/ja512973b
56. Feng, D.; Gu, Z.-Y.; Li, J.-R.; Jiang, H.-L.; Wei, Z.; Zhou, H.-C. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 10307 10.1002/anie.201204475
57. Jiang, H.-L.; Feng, D.; Wang, K.; Gu, Z.-Y.; Wei, Z.; Chen, Y.-P.; Zhou, H.-C. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 13934 10.1021/ja406844r
58. Mondloch, J. E.; Katz, M. J.; Planas, N.; Semrouni, D.; Gagliardi, L.; Hupp, J. T.; Farha, O. K. Chem. Commun. 2014, 50, 8944 10.1039/C4CC02401J
59. Feng, D.; Gu, Z.-Y.; Chen, Y.-P.; Park, J.; Wei, Z.; Sun, Y.; Bosch, M.; Yuan, S.; Zhou, H.-C. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 17714 10.1021/ja510525s
60. Deria, P.; Bury, W.; Hod, I.; Kung, C.-W.; Karagiaridi, O.; Hupp, J. T.; Farha, O. K. Inorg. Chem. 2015, 54, 2185 10.1021/ic502639v
61. Deria, P.; Chung, Y. G.; Snurr, R. Q.; Hupp, J. T.; Farha, O. K. Chem. Sci. 2015, 6, 5172-5176 10.1039/C5SC01784J
62. Morris, W.; Volosskiy, B.; Demir, S.; Gándara, F.; McGrier, P. L.; Furukawa, H.; Cascio, D.; Stoddart, J. F.; Yaghi, O. M. Inorg. Chem. 2012, 51, 6443 10.1021/ic300825s
63. Chen, Y.; Hoang, T.; Ma, S. Inorg. Chem. 2012, 51, 12600 10.1021/ic301923x
64. Mondloch, J. E.; Bury, W.; Fairen-Jimenez, D.; Kwon, S.; DeMarco, E. J.; Weston, M. H.; Sarjeant, A. A.; Nguyen, S. T.; Stair, P. C.; Snurr, R. Q.; Farha, O. K.; Hupp, J. T. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 10294 10.1021/ja4050828
65. Deria, P.; Mondloch, J. E.; Tylianakis, E.; Ghosh, P.; Bury, W.; Snurr, R. Q.; Hupp, J. T.; Farha, O. K. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 16801 10.1021/ja408959g
66. Deria, P.; Bury, W.; Hupp, J. T.; Farha, O. K. Chem. Commun. 2014, 50, 1965 10.1039/c3cc48562e
67. Gómez-Gualdrón, D. A.; Gutov, O. V.; Krungleviciute, V.; Borah, B.; Mondloch, J. E.; Hupp, J. T.; Yildirim, T.; Farha, O. K.; Snurr, R. Q. Chem. Mater. 2014, 26, 5632 10.1021/cm502304e
68. Furukawa, H.; Gándara, F.; Zhang, Y.-B.; Jiang, J.; Queen, W. L.; Hudson, M. R.; Yaghi, O. M. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 4369 10.1021/ja500330a
69. Mondloch, J. E.; Katz, M. J.; Isley, W. C., III; Ghosh, P.; Liao, P.; Bury, W.; Wagner, G. W.; Halls, M. G.; DeCoste, J. B.; Peterson, G. W.; Snurr, R. Q.; Cramer, C. J.; Hupp, J. T.; Farha, O. K. Nat. Mater. 2015, 14, 512 10.1038/nmat4238
70. Nelson, A. P.; Farha, O. K.; Mulfort, K. L.; Hupp, J. T. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 458 10.1021/ja808853q
71. Mondloch, J. E.; Karagiaridi, O.; Farha, O. K.; Hupp, J. T. CrystEngComm 2013, 15, 9258 10.1039/c3ce41232f
72. Karagiaridi, O.; Bury, W.; Sarjeant, A. A.; Hupp, J. T.; Farha, O. K. J. Visualized Exp. 2014, 91, e52094 10.3791/52094
73. Dolomanov, O. V.; Bourhis, L. J.; Gildea, R. J.; Howard, J. A. K.; Puschmann, H. J. Appl. Crystallogr. 2009, 42, 339 10.1107/S0021889808042726
74. Sheldrick, G. M. Acta Crystallogr., Sect. A: Found. Crystallogr. 2008, 64, 112 10.1107/S0108767307043930
75. Schaef, H. T.; Windisch, C. F., Jr.; McGrail, B. P.; Martin, P. F.; Rosso, K. M. Geochim. Cosmochim. Acta 2011, 75, 7458 10.1016/j.gca.2011.09.029
76. Schaef, H. T.; McGrail, B. P.; Loring, J. L.; Bowden, M. E.; Arey, B. W.; Rosso, K. M. Environ. Sci. Technol. 2013, 47, 174 10.1021/es301126f
77. Dubbeldam, D.; Calero, S.; Ellis, D. E.; Snurr, R. Q. Mol. Simul. 2015, 1 10.1080/08927022.2015.1010082
78. Mayo, S. L.; Olafson, B. D.; Goddard, W. A. J. Phys. Chem. 1990, 94, 8897 10.1021/j100389a010
79. Potoff, J. J.; Siepmann, J. I. AIChE J. 2001, 47, 1676 10.1002/aic.690470719
80. Martin, M. G.; Siepman, J. I. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 2569 10.1021/jp972543+
81. Materials Studio; Accelrys Software, Inc.: San Diego, CA.
82. 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, M. 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, Ö.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cioslowski, J.; Fox, D. J. Gaussian 09, Revision D.01; Gaussian Inc.: Wallingford, CT, 2009.
83. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1988, 37, 785 10.1103/PhysRevB.37.785
84. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 1372 10.1063/1.464304
85. Dunning, T. H., Jr.; Hay, P. J. Modern Theoretical Chemistry; Plenum: New York, 1977; Vol. 3.
86. Bao, Z.; Alnemrat, S.; Yu, L.; Vasiliev, I.; Ren, Q.; Lu, X.; Deng, S. Langmuir 2011, 27, 13554 10.1021/la2030473
87. Bae, Y.-S.; Lee, C. Y.; Kim, K. C.; Farha, O. K.; Nickias, P.; Hupp, J. T.; Nguyen, S. T.; Snurr, R. Q. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 1857 10.1002/anie.201107534
88. Mason, J. A.; Veenstra, M.; Long, J. R. Chem. Sci. 2014, 5, 32 10.1039/C3SC52633J
89. Deria, P.; Li, S.; Zhang, H.; Snurr, R. Q.; Hupp, J. T.; Farha, O. K. Chem. Commun. 2015, 51, 12478 10.1039/C5CC04808G