Effect of Imidazole Arrangements on Proton-Conductivity in Metal-Organic Frameworks

Journal of the American Chemical Society

Volumn 139, Issue 17, 2017, Pages 6183-6189

  Zhang, Feng Ming ^a,b,c   Dong, Long Zhang ^a,b   Qin, Jun Sheng ^a,d   Guan, Wei ^e   Liu, Jiang ^b   Li, Shun Li ^b   Lu, Meng ^b   Lan, Ya Qian ^b   Su, Zhong Min ^e   Zhou, Hong Cai ^d  

^a Nanjing Normal University ^*

^b NANJING NORMAL UNIVERSITY   (China)

^c HARBIN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY   (China)

^d Department of Electrical and Computer Engineering   (United States)

^e NORTHEAST NORMAL UNIVERSITY   (China)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CARBOXYLATION; CRYSTALLINE MATERIALS; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; LIGANDS; MOLECULES; ORGANOMETALLICS; POROUS MATERIALS; PROTON CONDUCTIVITY;

CARBOXYLATE LIGANDS; CONDUCTIVITY ANALYSIS; COORDINATED WATER; COORDINATION BONDS; CRYSTALLINE MODEL; METAL ORGANIC FRAMEWORK; METALORGANIC FRAMEWORKS (MOFS); ORDERS OF MAGNITUDE;

PLANTS (BOTANY);

CARBOXYLIC ACID; HYDROGEN; IMIDAZOLE; IRON; METAL ORGANIC FRAMEWORK; METHANOL; PROTON; WATER;

ABSORPTION; AQUEOUS SOLUTION; ARTICLE; CONDUCTANCE; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; DESORPTION; ELECTROCHEMICAL ANALYSIS; HUMIDITY; HYDROGEN BOND; POROSITY; PROTON TRANSPORT; TEMPERATURE DEPENDENCE; THERMOGRAVIMETRY; X RAY DIFFRACTION;

EID: 85018264103     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jacs.7b01559     Document Type: Article

References (77)

1. Jacobson, M. Z.; Colella, W. G.; Golden, D. M. Science 2005, 308, 1901 10.1126/science.1109157
2. Wang, Y.; Chen, K. S.; Mishler, J.; Cho, S. C.; Adroher, X. C. Appl. Energy 2011, 88, 981 10.1016/j.apenergy.2010.09.030
3. Simonsson, D. Chem. Soc. Rev. 1997, 26, 181 10.1039/cs9972600181
4. Ellingsen, L. A.-W.; Hung, C. R.; Majeau-Bettez, G.; Singh, B.; Chen, Z.; Whittingham, M. S.; Stromman, A. H. Nat. Nanotechnol. 2016, 11, 1039 10.1038/nnano.2016.237
5. Steele, B. C. H.; Heinzel, A. Nature 2001, 414, 345 10.1038/35104620
6. Shimizu, G. K. H.; Taylor, J. M.; Kim, S. R. Science 2013, 341, 354 10.1126/science.1239872
7. Kreuer, K.-D.; Paddison, S. J.; Spohr, E.; Schuster, M. Chem. Rev. 2004, 104, 4637 10.1021/cr020715f
8. Liu, M.; Chen, L.; Lewis, S.; Chong, S. Y.; Little, M. A.; Hasell, T.; Aldous, I. M.; Brown, C. M.; Smith, M. W.; Morrison, C. A.; Hardwick, L. J.; Cooper, A. I. Nat. Commun. 2016, 7, 12750 10.1038/ncomms12750
9. Nasef, M. M. Chem. Rev. 2014, 114, 12278 10.1021/cr4005499
10. Scofield, M. E.; Liu, H.; Wong, S. S. Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 5836 10.1039/C5CS00302D
11. Laberty-Robert, C.; Valle, K.; Pereira, F.; Sanchez, C. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 961 10.1039/c0cs00144a
12. Mauritz, K. A.; Moore, R. B. Chem. Rev. 2004, 104, 4535 10.1021/cr0207123
13. Li, Q.; He, R.; Jensen, J. O.; Bjerrum, N. J. Chem. Mater. 2003, 15, 4896 10.1021/cm0310519
14. Yoon, M.; Suh, K.; Natarajan, P. S.; Kim, P. K. Angew. Chem. 2013, 125, 2752 10.1002/ange.201206410
15. Dong, B.; Gwee, L.; Salas-de la Cruz, D.; Winey, K. I.; Elabd, Y. A. Nano Lett. 2010, 10, 3785 10.1021/nl102581w
16. Sadakiyo, M.; Yamada, T.; Kitagawa, H. ChemPlusChem 2016, 81, 691 10.1002/cplu.201600243
17. Pili, S.; Argent, S. P.; Morris, C. G.; Rought, P.; Garcíasakai, V.; Silverwood, I. P.; Easun, T. L.; Ming, L.; Warren, M. R.; Murray, C. A. et al. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 6352 10.1021/jacs.6b02194
18. Luo, H.-B.; Ren, L.-T.; Ning, W.-H.; Liu, S.-X.; Liu, J.-L.; Ren, X.-M. Adv. Mater. 2016, 28, 1663 10.1002/adma.201504591
19. Borges, D. D.; Devautour-Vinot, S.; Jobic, H.; Ollivier, J.; Nouar, F.; Semino, R.; Devic, T.; Serre, C.; Paesani, F.; Maurin, G. Angew. Chem. 2016, 128, 3987 10.1002/ange.201510855
20. Phang, W. J.; Jo, H.; Lee, W. R.; Song, J. H.; Yoo, K.; Kim, B. S.; Hong, C. S. Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 5142 10.1002/anie.201411703
21. Wang, C.; Liu, X.; Keser Demir, N.; Chen, J. P.; Li, K. Chem. Soc. Rev. 2016, 45, 5107 10.1039/C6CS00362A
22. Sadakiyo, M.; Yamada, T.; Honda, K.; Matsui, H.; Kitagawa, H. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 7701 10.1021/ja5022014
23. Nagarkar, S. S.; Unni, S. M.; Sharma, A.; Kurungot, S.; Ghosh, S. K. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 2638 10.1002/anie.201309077
24. Nguyen, N. T. T.; Furukawa, H.; Gándara, F.; Trickett, C. A.; Jeong, H. M.; Cordova, K. E.; Yaghi, O. M. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 15394 10.1021/jacs.5b10999
25. Hurd, J. A.; Vaidhyanathan, R.; Thangadurai, V.; Ratcliffe, C. I.; Moudrakovski, I. L.; Shimizu, G. K. H. Nat. Chem. 2009, 1, 705 10.1038/nchem.402
26. Li, P.; Vermeulen, N. A.; Gong, X.; Malliakas, C. D.; Stoddart, J. F.; Hupp, J. T.; Farha, O. K. Angew. Chem. 2016, 128, 10514 10.1002/ange.201605547
27. Guo, P.; Dutta, D.; Wong-Foy, A. G.; Gidley, D. W.; Matzger, A. J. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 2651 10.1021/ja512382f
28. Burtch, N. C.; Walton, K. S. Acc. Chem. Res. 2015, 48, 2850 10.1021/acs.accounts.5b00311
29. Taylor, J. M.; Dawson, K. W.; Shimizu, G. K. H. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 1193 10.1021/ja310435e
30. Shigematsu, A.; Yamada, T.; Kitagawa, H. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 2034 10.1021/ja109810w
31. Bazagagarcía, M.; Colodrero, R. M. P.; Papadaki, M.; Garczarek, P.; Zoń, J.; Oliverapastor, P.; Losilla, E. R.; Leónreina, L.; Aranda, M. A. G.; Choquesillolazarte, D. et al. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 5731 10.1021/ja500356z
32. Yang, F.; Huang, H.; Wang, X.; Li, F.; Gong, Y.; Zhong, C.; Li, J. R. Cryst. Growth Des. 2015, 15, 5827 10.1021/acs.cgd.5b01190
33. Ramaswamy, P.; Matsuda, R.; Kosaka, W.; Akiyama, G.; Jeon, H. J.; Kitagawa, S. Chem. Commun. 2014, 50, 1144 10.1039/C3CC47980C
34. Liang, X.; Zhang, F.; Feng, W.; Zou, X.; Zhao, C.; Na, H.; Liu, C.; Sun, F.; Zhu, G. Chem. Sci. 2013, 4, 983 10.1039/C2SC21927A
35. 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 10.1021/ja305587n
36. Liu, S.; Yue, Z.; Liu, Y. Dalton Trans. 2015, 44, 12976 10.1039/C5DT01667C
37. Yamada, T.; Otsubo, K.; Makiura, R.; Kitagawa, H. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 6655 10.1039/c3cs60028a
38. Liu, Y.; Yang, X.; Miao, J.; Tang, Q.; Liu, S.; Shi, Z.; Liu, S. Chem. Commun. 2014, 50, 10023 10.1039/C4CC04009K
39. Chandra, S.; Kundu, T.; Kandambeth, S.; BabaRao, R.; Marathe, Y.; Kunjir, S. M.; Banerjee, R. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 6570 10.1021/ja502212v
40. Liu, S.-J.; Cao, C.; Yang, F.; Yu, M.-H.; Yao, S.-L.; Zheng, T.-F.; He, W.-W.; Zhao, H.-X.; Hu, T.-L.; Bu, X.-H. Cryst. Growth Des. 2016, 16, 6776 10.1021/acs.cgd.6b00776
41. Eisbein, E.; Joswig, J.-O.; Seifert, G. Microporous Mesoporous Mater. 2015, 216, 36 10.1016/j.micromeso.2015.03.022
42. Umeyama, D.; Horike, S.; Inukai, M.; Hijikata, Y.; Kitagawa, P. S. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50, 11706 10.1002/anie.201102997
43. Eisbein, E.; Joswig, J. O.; Seifert, G. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 13035 10.1021/jp5043969
44. Bureekaew, S.; Horike, S.; Higuchi, M.; Mizuno, M.; Kawamura, T.; Tanaka, D.; Yanai, N.; Kitagawa, S. Nat. Mater. 2009, 8, 831 10.1038/nmat2526
45. Xu, H.; Tao, S.; Jiang, D. Nat. Mater. 2016, 15, 722 10.1038/nmat4611
46. Ye, Y.; Zhang, L.; Peng, Q.; Wang, G. E.; Shen, Y.; Li, Z.; Wang, L.; Ma, X.; Chen, Q. H.; Zhang, Z. et al. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 913 10.1021/ja511389q
47. Feng, D.; Wang, K.; Wei, Z.; Chen, Y. P.; Simon, C. M.; Arvapally, R. K.; Martin, R. L.; Bosch, M.; Liu, T. F.; Fordham, S. et al. Nat. Commun. 2014, 5, 5723 10.1038/ncomms6723
48. Sudik, A. C.; Millward, A. R.; Ockwig, N. W.; Côté, A. P.; Kim, J.; Yaghi, O. M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 7110 10.1021/ja042802q
49. Wang, K.; Feng, D.; Liu, T. F.; Su, J.; Yuan, S.; Chen, Y. P.; Bosch, M.; Zou, X.; Zhou, H. C. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 13983 10.1021/ja507269n
50. Serre, C.; Millange, F.; Surble, S.; Férey, G. Angew. Chem., Int. Ed. 2004, 43, 6285 10.1002/anie.200454250
51. Chevreau, H.; Devic, T.; Salles, F.; Maurin, G.; Stock, N.; Serre, C. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 5056 10.1002/anie.201300057
52. Schoedel, A.; Zaworotko, M. J. Chem. Sci. 2014, 5, 1269 10.1039/c4sc00171k
53. Sudik, A. C.; Côté, A. P.; Wong-Foy, A. G.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 2528 10.1002/anie.200600175
54. Phang, W. J.; Lee, W. R.; Yoo, K.; Ryu, D. W.; Kim, B. S.; Hong, C. S. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 8383 10.1002/anie.201404164
55. Kim, S. R.; Dawson, K. W.; Gelfand, B. S.; Taylor, J. M.; Shimizu, G. K. H. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 963 10.1021/ja310675x
56. O̅kawa, H.; Sadakiyo, M.; Yamada, T.; Maesato, M.; Ohba, M.; Kitagawa, H. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 2256 10.1021/ja309968u
57. Ramaswamy, P.; Wong, N. E.; Gelfand, B. S.; Shimizu, G. K. H. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 7640 10.1021/jacs.5b04399
58. Sen, S.; Nair, N. N.; Yamada, T.; Kitagawa, H.; Bharadwaj, P. K. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 19432 10.1021/ja3076378
59. Peng, Y.; Xu, G.; Hu, Z.; Cheng, Y.; Chi, C.; Yuan, D.; Cheng, H.; Zhao, D. ACS Appl. Mater. Interfaces 2016, 8, 18505 10.1021/acsami.6b06189
60. Chandra, S.; Kundu, T.; Dey, K.; Addicoat, M.; Heine, T.; Banerjee, R. Chem. Mater. 2016, 28, 1489 10.1021/acs.chemmater.5b04947
61. Ma, H.; Liu, B.; Li, B.; Zhang, L.; Li, Y.-G.; Tan, H.-Q.; Zang, H.-Y.; Zhu, G. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 5897 10.1021/jacs.5b13490
62. Spek, A. L. J. Appl. Crystallogr. 2003, 36, 7 10.1107/S0021889802022112
63. Alexandrov, E. V.; Blatov, V. A.; Kochetkov, A. V.; Proserpio, D. M. CrystEngComm 2011, 13, 3947 10.1039/c0ce00636j
64. Hendrickson, D. N.; Hollander, J. M.; Jolly, W. L. Inorg. Chem. 1969, 8, 2642 10.1021/ic50082a020
65. Böhland, H.; Hanay, W.; Meisel, A.; Scheibe, R. Z. Chem. 1981, 21, 372 10.1002/zfch.19810211024
66. Zhao, X.; Mao, C.; Bu, X.; Feng, P. Chem. Mater. 2014, 26, 2492 10.1021/cm500473f
67. Sadakiyo, M.; O̅kawa, H.; Shigematsu, A.; Ohba, M.; Yamada, T.; Kitagawa, H. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 5472 10.1021/ja300122r
68. Dong, X. Y.; Wang, R.; Li, J. B.; Zang, S. Q.; Hou, H. W.; Mak, T. C. Chem. Commun. 2013, 49, 10590 10.1039/c3cc46226a
69. Canivet, J.; Fateeva, A.; Guo, Y.; Coasne, B.; Farrusseng, D. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 5594 10.1039/C4CS00078A
70. Akiyama, G.; Matsuda, R.; Sato, H.; Hori, A.; Takata, M.; Kitagawa, S. Microporous Mesoporous Mater. 2012, 157, 89 10.1016/j.micromeso.2012.01.015
71. Tominaka, S.; Coudert, F. X.; Dao, T. D.; Nagao, T.; Cheetham, A. K. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 6428 10.1021/jacs.5b02777
72. Kreuer, K. D.; Rabenau, A.; Weppner, W. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1982, 21, 208 10.1002/anie.198202082
73. Kreuer, K.-D. Chem. Mater. 1996, 8, 610 10.1021/cm950192a
74. Ramaswamy, P.; Wong, N. E.; Shimizu, G. K. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 5913 10.1039/C4CS00093E
75. Sadakiyo, M.; Yamada, T.; Kitagawa, H. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 13166 10.1021/ja507634v
76. Kreuer, K. D. J. Membr. Sci. 2001, 185, 29 10.1016/S0376-7388(00)00632-3
77. Haile, S. M. Acta Mater. 2003, 51, 5981 10.1016/j.actamat.2003.08.004