Topologically Guided, Automated Construction of Metal-Organic Frameworks and Their Evaluation for Energy-Related Applications

Crystal Growth and Design

Volumn 17, Issue 11, 2017, Pages 5801-5810

  Colón, Yamil J ^a,b   Gómez Gualdrón, Diego A ^a,c   Snurr, Randall Q ^a  

^a Northwestern University   (United States)

^b ARGONNE NATIONAL LABORATORY   (United States)

^c Department of Metallurgical and Materials Engineering   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CALORIFIC VALUE; CRYSTALLINE MATERIALS; DIGITAL STORAGE; FUELS; HYDROGEN STORAGE; INTELLIGENT SYSTEMS; MONTE CARLO METHODS; ORGANIC POLYMERS; ORGANOMETALLICS; PORE SIZE; SEPARATION; STORAGE (MATERIALS); TOPOLOGY; VOID FRACTION;

AUTOMATED CONSTRUCTION; COMPUTATIONAL ALGORITHM; ENVIRONMENTAL APPLICATIONS; GRAND CANONICAL MONTE CARLO SIMULATION; METAL ORGANIC FRAMEWORK; METALORGANIC FRAMEWORKS (MOFS); MOLECULAR SIMULATIONS; SEPARATION PERFORMANCE;

FUEL STORAGE;

EID: 85032695465     PISSN: 15287483     EISSN: 15287505     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acs.cgd.7b00848     Document Type: Article

References (75)

1. Murray, L. J.; Dinca, M.; Long, J. R. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1294 10.1039/b802256a
2. Sculley, J.; Yuan, D.; Zhou, H.-C. Energy Environ. Sci. 2011, 4, 2721 10.1039/c1ee01240a
3. Sikora, B. J.; Wilmer, C. E.; Greenfield, M. L.; Snurr, R. Q. Chemical Science 2012, 3, 2217 10.1039/c2sc01097f
4. Wilmer, C. E.; Farha, O. K.; Bae, Y.-S.; Hupp, J. T.; Snurr, R. Q. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 9849 10.1039/c2ee23201d
5. Simon, C. M.; Mercado, R.; Schnell, S. K.; Smit, B.; Haranczyk, M. Chem. Mater. 2015, 27, 4459 10.1021/acs.chemmater.5b01475
6. Farrusseng, D.; Aguado, S.; Pinel, C. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 7502 10.1002/anie.200806063
7. Ma, L.; Abney, C.; Lin, W. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1248 10.1039/b807083k
8. 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
9. Farha, O. K.; Shultz, A. M.; Sarjeant, A. A.; Nguyen, S. T.; Hupp, J. T. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 5652 10.1021/ja111042f
10. Kong, X.; Deng, H.; Yan, F.; Kim, J.; Swisher, J. A.; Smit, B.; Yaghi, O. M.; Reimer, J. A. Science 2013, 341, 882 10.1126/science.1238339
11. Yaghi, O. M.; O'Keeffe, M.; Ockwig, N. W.; Chae, H. K.; Eddaoudi, M.; Kim, J. Nature 2003, 423, 705 10.1038/nature01650
12. Peterson, G. W.; Moon, S.-Y.; Wagner, G. W.; Hall, M. G.; DeCoste, J. B.; Hupp, J. T.; Farha, O. K. Inorg. Chem. 2015, 54, 9684 10.1021/acs.inorgchem.5b01867
13. Eddaoudi, M.; Moler, D. B.; Li, H. L.; Chen, B. L.; Reineke, T. M.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Acc. Chem. Res. 2001, 34, 319 10.1021/ar000034b
14. O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Chem. Rev. 2012, 112, 675 10.1021/cr200205j
15. Li, M.; Li, D.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Chem. Rev. 2014, 114, 1343 10.1021/cr400392k
16. Moreau, F.; Kolokolov, D. I.; Stepanov, A. G.; Easun, T. L.; Dailly, A.; Lewis, W.; Blake, A. J.; Nowell, H.; Lennox, M. J.; Besley, E.; Yang, S.; Schröder, M. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2017, 114, 3056 10.1073/pnas.1615172114
17. Furukawa, H.; Cordova, K. E.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Science 2013, 341, 6149
18. Chung, Y. G.; Camp, J.; Haranczyk, M.; Sikora, B. J.; Bury, W.; Krungleviciute, V.; Yildirim, T.; Farha, O. K.; Sholl, D. S.; Snurr, R. Q. Chem. Mater. 2014, 26, 6185 10.1021/cm502594j
19. Kulkarni, A. R.; Sholl, D. S. J. Phys. Chem. C 2016, 120, 23044 10.1021/acs.jpcc.6b07493
20. Li, S.; Chung, Y. G.; Snurr, R. Q. Langmuir 2016, 32, 10368 10.1021/acs.langmuir.6b02803
21. Sumer, Z.; Keskin, S. Ind. Eng. Chem. Res. 2016, 55, 10404 10.1021/acs.iecr.6b02585
22. Gee, J. A.; Zhang, K.; Bhattacharyya, S.; Bentley, J.; Rungta, M.; Abichandani, J. S.; Sholl, D. S.; Nair, S. J. Phys. Chem. C 2016, 120, 12075 10.1021/acs.jpcc.6b03349
23. Goldsmith, J.; Wong-Foy, A. G.; Cafarella, M. J.; Siegel, D. J. Chem. Mater. 2013, 25, 3373 10.1021/cm401978e
24. Lin, L.-C.; Berger, A. H.; Martin, R. L.; Kim, J.; Swisher, J. A.; Jariwala, K.; Rycroft, C. H.; Bhown, A. S.; Deem, M. W.; Haranczyk, M.; Smit, B. Nat. Mater. 2012, 11, 9
25. Bao, Y.; Martin, R. L.; Simon, C. M.; Haranczyk, M.; Smit, B.; Deem, M. W. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 186 10.1021/jp5123486
26. Thornton, A. W.; Simon, C. M.; Kim, J.; Kwon, O.; Deeg, K. S.; Konstas, K.; Pas, S. J.; Hill, M. R.; Winkler, D. A.; Haranczyk, M.; Smit, B. Chem. Mater. 2017, 29, 2844 10.1021/acs.chemmater.6b04933
27. Wilmer, C. E.; Leaf, M.; Lee, C. Y.; Farha, O. K.; Hauser, B. G.; Hupp, J. T.; Snurr, R. Q. Nat. Chem. 2011, 4, 83 10.1038/nchem.1192
28. Gomez, D. A.; Toda, J.; Sastre, G. Phys. Chem. Chem. Phys. 2014, 16, 19001 10.1039/C4CP01848F
29. Bobbitt, N. S.; Chen, J.; Snurr, R. Q. J. Phys. Chem. C 2016, 120, 27328 10.1021/acs.jpcc.6b08729
30. Chung, Y. G.; Gómez-Gualdrón, D. A.; Li, P.; Leperi, K. T.; Deria, P.; Zhang, H.; Vermeulen, N. A.; Stoddart, J. F.; You, F.; Hupp, J. T.; Farha, O. K.; Snurr, R. Q. Sci. Adv. 2016, 2, e1600909 10.1126/sciadv.1600909
31. Sikora, B. J.; Winnegar, R.; Proserpio, D. M.; Snurr, R. Q. Microporous Mesoporous Mater. 2014, 186, 207 10.1016/j.micromeso.2013.11.041
32. Boyd, P. G.; Woo, T. K. CrystEngComm 2016, 18, 3777 10.1039/C6CE00407E
33. Addicoat, M. A.; Coupry, D. E.; Heine, T. J. Phys. Chem. A 2014, 118, 9607 10.1021/jp507643v
34. Martin, R. L.; Haranczyk, M. Cryst. Growth Des. 2014, 14, 2431 10.1021/cg500158c
35. Bureekaew, S.; Balwani, V.; Amirjalayer, S.; Schmid, R. CrystEngComm 2015, 17, 344 10.1039/C4CE01574F
36. Gomez-Alvarez, P.; Hamad, S.; Haranczyk, M.; Ruiz-Salvador, A. R.; Calero, S. Dalton Transactions 2016, 45, 216 10.1039/C5DT04012D
37. Guillerm, V.; Weseliński, L. J.; Belmabkhout, Y.; Cairns, A. J.; D'Elia, V.; Wojtas, L.; Adil, K.; Eddaoudi, M. Nat. Chem. 2014, 6, 673 10.1038/nchem.1982
38. Karagiaridi, O.; Bury, W.; Mondloch, J. E.; Hupp, J. T.; Farha, O. K. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 4530 10.1002/anie.201306923
39. Han, Y.; Li, J.-R.; Xie, Y.; Guo, G. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 5952 10.1039/C4CS00033A
40. Nouar, F.; Eubank, J. F.; Bousquet, T.; Wojtas, L.; Zaworotko, M. J.; Eddaoudi, M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 1833 10.1021/ja710123s
41. Eubank, J. F.; Nouar, F.; Luebke, R.; Cairns, A. J.; Wojtas, L.; Alkordi, M.; Bousquet, T.; Hight, M. R.; Eckert, J.; Embs, J. P.; Georgiev, P. A.; Eddaoudi, M. Angew. Chem. 2012, 124, 10246 10.1002/ange.201201202
42. 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 10.1038/nchem.834
43. Fairen-Jimenez, D.; Colón, Y. J.; Farha, O. K.; Bae, Y.-S.; Hupp, J. T.; Snurr, R. Q. Chem. Commun. 2012, 48, 10496 10.1039/c2cc35711a
44. 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
45. 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
46. Wang, T. C.; Bury, W.; Gomez-Gualdron, 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
47. 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
48. Zhang, M.; Chen, Y.-P.; Bosch, M.; Gentle, T.; Wang, K.; Feng, D.; Wang, Z. U.; Zhou, H.-C. Angew. Chem. 2014, 126, 834 10.1002/ange.201307340
49. Gomez-Gualdron, 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
50. Martin, R. L.; Haranczyk, M. Cryst. Growth Des. 2013, 13, 4208 10.1021/cg401240f
51. Deria, P.; Gómez-Gualdrón, D. A.; Hod, I.; Snurr, R. Q.; Hupp, J. T.; Farha, O. K. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 14449 10.1021/jacs.6b09113
52. Urban, P.; Catarineu, N. R.; Morla, M. B.; Yaghi, O. M. Acta Crystallogr., Sect. A: Found. Adv. 2016, 72, s404 10.1107/S2053273316094109
53. Cai, S.-L.; Zheng, S.-R.; Fan, J.; Zeng, R.-H.; Zhang, W.-G. CrystEngComm 2016, 18, 1174 10.1039/C5CE02138C
54. Lewis, D. W.; Ruiz-Salvador, A. R.; Gomez, A.; Rodriguez-Albelo, L. M.; Coudert, F.-X.; Slater, B.; Cheetham, A. K.; Mellot-Draznieks, C. CrystEngComm 2009, 11, 2272 10.1039/b912997a
55. Marleny Rodriguez-Albelo, L.; Ruiz-Salvador, A. R.; Sampieri, A.; Lewis, D. W.; Gómez, A.; Nohra, B.; Mialane, P.; Marrot, J.; Sécheresse, F.; Mellot-Draznieks, C.; Ngo Biboum, R.; Keita, B.; Nadjo, L.; Dolbecq, A. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 16078 10.1021/ja905009e
56. Gomez-Gualdron, D. A.; Colón, Y. J.; Zhang, X.; Wang, T. C.; Chen, Y.-S.; Hupp, J. T.; Yildirim, T.; Farha, O. K.; Zhang, J.; Snurr, R. Q. Energy Environ. Sci. 2016, 9, 3279 10.1039/C6EE02104B
57. Li, P.; Vermeulen, N. A.; Malliakas, C. D.; Gómez-Gualdrón, D. A.; Howarth, A. J.; Mehdi, B. L.; Dohnalkova, A.; Browning, N. D.; O'Keeffe, M.; Farha, O. K. Science 2017, 356, 624 10.1126/science.aam7851
58. O'Keeffe, M.; Peskov, M. A.; Ramsden, S. J.; Yaghi, O. M. Acc. Chem. Res. 2008, 41, 1782 10.1021/ar800124u
59. Kuipers, J. B. Quaternions and Rotation Sequences; Princeton University Press: Princeton, 1999; Vol. 66.
60. Gohlke, C. transformations.py http://www.lfd.uci.edu/~gohlke/code/transformations.py.htmlhttp://www.lfd.uci.edu/~gohlke/code/transformations.py.html. (Accessed July, 2014).
61. Materials Studio, 5.0 ed.; Accelrys Software Inc., San Diego, CA.
62. Rappe, A. K.; Casewit, C. J.; Colwell, K. S.; Goddard, W. A.; Skiff, W. M. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 10024 10.1021/ja00051a040
63. Dubbeldam, D.; Calero, S.; Ellis, D. E.; Snurr, R. Q. Mol. Simul. 2016, 42, 81 10.1080/08927022.2015.1010082
64. Michels, A.; Degraaff, W.; Tenseldam, C. A. Physica 1960, 26, 393 10.1016/0031-8914(60)90029-X
65. Darkrim, F.; Levesque, D. J. Chem. Phys. 1998, 109, 4981 10.1063/1.477109
66. Ryan, P.; Broadbelt, L. J.; Snurr, R. Q. Chem. Commun. 2008, 4132 10.1039/b804343d
67. Martin, M. G.; Siepmann, J. I. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 2569 10.1021/jp972543+
68. Talu, O.; Myers, A. L. Colloids Surf., A 2001, 187-188, 83 10.1016/S0927-7757(01)00628-8
69. Hirschfelder, J. O.; Curtiss, C. F.; Bird, R. B. Molecular Theory of Gases and Liquids; Wiley: New York, 1965.
70. Bae, Y.-S.; Yazaydln, A. O.; Snurr, R. Q. Langmuir 2010, 26, 5475 10.1021/la100449z
71. Myers, A. L.; Monson, P. A. Langmuir 2002, 18, 10261 10.1021/la026399h
72. Karavias, F.; Myers, A. L. Langmuir 1991, 7, 3118 10.1021/la00060a035
73. Willems, T. F.; Rycroft, C. H.; Kazi, M.; Meza, J. C.; Haranczyk, M. Microporous Mesoporous Mater. 2012, 149, 134 10.1016/j.micromeso.2011.08.020
74. 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
75. Colón, Y. J.; Fairen-Jimenez, D.; Wilmer, C. E.; Snurr, R. Q. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 5383 10.1021/jp4122326