Understanding and Controlling Water Stability of MOF-74

Auteurs : S. Zuluaga, E. M. A. Fuentes-Fernandez, K. Tan, F. Xu, J. Li, Y. J. Chabal, T. Thonhauser

Journal of Materials Chemistry A, 2016, 4, 5176 - 5183
arXiv: 1604.00337v1 - DOI (cond-mat.mtrl-sci)

Résumé : Metal organic framework (MOF) materials in general, and MOF-74 in particular, have promising properties for many technologically important processes. However, their instability under humid conditions severely restricts practical use. We show that this instability and the accompanying reduction of the CO$_2$ uptake capacity of MOF-74 under humid conditions originate in the water dissociation reaction H$_2$O$\rightarrow$OH+H at the metal centers. After this dissociation, the OH groups coordinate to the metal centers, explaining the reduction in the MOF's CO$_2$ uptake capacity. This reduction thus strongly depends on the catalytic activity of MOF-74 towards the water dissociation reaction. We further show that-while the water molecules themselves only have a negligible effect on the crystal structure of MOF-74-the OH and H products of the dissociation reaction significantly weaken the MOF framework and lead to the observed crystal structure breakdown. With this knowledge, we propose a way to suppress this particular reaction by modifying the MOF-74 structure to increase the water dissociation energy barrier and thus control the stability of the system under humid conditions.

Soumis à arXiv le 01 Avr. 2016

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