删除或更新信息,请邮件至freekaoyan#163.com(#换成@)

基于高通量计算筛选的金属有机骨架材料甲醛吸附性能

本站小编 Free考研考试/2022-02-14

摘要/Abstract



随着大量新型金属有机骨架(MOFs)吸附材料的出现,传统“试错式”的甲醛吸附剂研究方法具有效率低、周期长、成本高等问题.为实现高性能甲醛净化MOFs的快速研发,采用基于巨正则蒙特卡洛模拟(GCMC)的高通量计算筛选方法对2932种MOFs材料进行了甲醛吸附性能的快速评价.基于高通量计算筛选结果,我们挑选并制备出Y-BTC、ZnCar和Ni-BIC等3种对甲醛有较高吸附量的吸附剂,并采用粉末X射线衍射(PXRD)、比表面积分析(BET)对材料进行了表征.通过甲醛吸附实验,明确了筛选出的MOFs以及参照材料(Cu-BTC、活性炭)在甲醛初始浓度为100 mg/m3条件下的甲醛吸附量分别为0.38、0.25、0.11、0.08、0.06 mol/kg.同时,筛选出的吸附剂还具有良好的甲醛吸附循环利用性能.该结果表明筛选出的Y-BTC、ZnCar和Ni-BIC的甲醛吸附量均高于Cu-BTC和活性炭等参照吸附剂,证明了高通量计算筛选方法在指导甲醛吸附材料开发方面的有效性.
关键词: 金属有机骨架, 高通量计算筛选, 甲醛吸附, 蒙特卡洛分子模拟, 可再生性能
With the rapidly increasing number of reported metal-organic frameworks (MOFs), conventional trial-and-error method is obviously not applicable to the development of high-performance MOFs for formaldehyde adsorption, due to its low efficiency, high cost and long developing period. Thus, high-throughput computational screening (HTCS) strategy based on grand canonical Monte Carlo (GCMC) simulation is proposed to quickly explore the top-performing MOFs with high adsorption capability towards formaldehyde. In this work, the computation-ready experimental (CoRE)-MOF database consisting of 2932 MOF structures carrying density derived electrostatic and chemical (DDEC) charges obtained from density function (DFT) theory calculations, were employed in high-throughput GCMC simulations for formaldehyde adsorption from the air. The structure-property relationship from HTCS revealed that the MOF candidates with high formaldehyde uptakes exhibited small pore sizes, relatively high selectivity and moderate heat of adsorption (Qst). Afterwards, the top MOFs with both high uptake and selectivity towards formaldehyde were chosen for further experimental evaluation. Three selected MOFs Y-BTC, ZnCar and Ni-BIC were successfully synthesized and characterized by powder X-ray diffraction (PXRD) and BET surface area analysis. In order to validate our HTCS strategy, the representative Cu-BTC and activated carbon (AC) were also adopted as controls. The formaldehyde adsorption test was performed in a sealed container with the formaldehyde concentration of 100 mg/m3 at 298 K. After 24 h adsorption, the formaldehyde uptakes of the adsorbents were obtained according to the concentration changes prior to and after formaldehyde exposure by UV-vis spectrometer. It was found that the adsorption capacities of Y-BTC, ZnCar and Ni-BIC were 0.38, 0.25 and 0.11 mol/kg, respectively, which were remarkably higher than Cu-BTC (0.08 mol/kg) and AC (0.06 mol/kg). The recyclability of the best performer Y-BTC was also verified. These findings open up the possibility of employing HTCS strategy for highly efficient exploration of MOF adsorbents for formaldehyde removal.
Key words: metal-organic frameworks, high-throughput computational screening, formaldehyde adsorption, grand canonical Monte Carlo simulations, recyclability


PDF全文下载地址:

点我下载PDF
相关话题/材料 金属 实验 甲醛 吸附剂

  • 领限时大额优惠券,享本站正版考研考试资料!
    大额优惠券
    优惠券领取后72小时内有效,10万种最新考研考试考证类电子打印资料任你选。涵盖全国500余所院校考研专业课、200多种职业资格考试、1100多种经典教材,产品类型包含电子书、题库、全套资料以及视频,无论您是考研复习、考证刷题,还是考前冲刺等,不同类型的产品可满足您学习上的不同需求。 ...
    本站小编 Free壹佰分学习网 2022-09-19
  • 石墨烯材料生物降解的策略研究
    摘要/Abstract自2004年被发现以来,前沿新材料石墨烯及其衍生物由于其独特的电学、光学和力学性能被广泛关注,在许多领域都展露了光彩,包括新型电池、传感器、新能源和生物医学等领域,尤其在生物医药领域发展迅速.石墨烯及其衍生物良好的生物相容性使其在生物领域中具有重要的应用前景.为了实现石墨烯材料 ...
    本站小编 Free考研考试 2022-02-14
  • 芘基共轭微孔聚合物用于锂离子电池电极材料性能研究
    摘要/Abstract共轭微孔聚合物由于其高的比表面积、优良的物理化学稳定性以及沿分子链延伸的共轭结构等特点,使其在锂离子电池电极材料方面具有巨大的应用前景.本工作以四溴芘和对苯二硼酸为构建单元,通过Suzuki偶联反应合成了具有高比表面积的芘基共轭微孔聚合物PyDB,并研究了其作为锂离子电池电极材 ...
    本站小编 Free考研考试 2022-02-14
  • 离子液体固载型功能材料的应用研究进展
    摘要/Abstract随着人们对生物质能源和绿色清洁化学过程越来越重视,离子液体因其稳定性、低粘度和高电导率等优良性能,成为20世纪90年代初研究团队广泛关注的一类新型绿色溶剂,对其研究内容和应用领域也日趋完善和丰富,特别是在催化反应、电化学、材料化学以及生物质的前处理等领域的发展.对于离子液体的应 ...
    本站小编 Free考研考试 2022-02-14
  • MOF热解法制备Ni/C核壳材料及其催化苯乙炔加氢性能研究
    摘要/Abstract通过水热合成法以硝酸镍和2,5-二羟基对苯二甲酸为原料成功合成Ni-MOF-74.以此为前体,在Ar气氛下热解制备了一系列介孔结构丰富、尺寸均匀的纳米Ni/C核壳催化剂.Ar气氛下通过延长热解时间(400℃,6h)或提高热解温度(500℃)可以得到完全热解产物,粒子尺寸 ...
    本站小编 Free考研考试 2022-02-14
  • 超卤素掺杂立方相卤化物钙钛矿太阳能电池材料第一性原理研究
    摘要/Abstract卤化物钙钛矿(ABC3)太阳能电池由于其优异的光电性质引起了人们的广泛关注,对结构中的A位及B位离子进行等价离子取代是调控钙钛矿材料禁带宽度的有效方法之一.本文研究拟用超卤素离子团簇(BeX3-,MgX3-,BX4-,AlX4-,SiX5-,PX6-,X=F,Cl)对立方相Cs ...
    本站小编 Free考研考试 2022-02-14
  • 上海硅酸盐所在超高温陶瓷涂层材料研究中取得系列进展
    高超声速飞行器的发展是航空航天科技向新的飞行极限进行探索的重要领域,将对空天一体化的实现产生巨大推动作用。飞行速度的提高和机动能力的提升促使传统热防护系统观念发生改变。具有耐极高温、抗氧化烧蚀、长寿命等综合性能的高温热防护材料的研制,成为新型空天飞行器的关键技术之一。超高温陶瓷(主要指一些过渡金属的 ...
    本站小编 Free考研考试 2022-02-14
  • 中国科学院能量转换材料重点实验室举办青年学术交流会
    11月26日,中国科学院能量转换材料重点实验室举办了青年学术交流会,实验室主任、中国科学院上海硅酸盐研究所能源材料研究中心主任温兆银研究员,能源材料研究中心副主任、党支部书记张涛研究员,中心各课题组长、30余位青年科研人员参加学术交流会。会议由张涛主持。  交流会上,王平、吴梅芬、周学俊、靳俊、骆婷 ...
    本站小编 Free考研考试 2022-02-14
  • 上海硅酸盐所无机材料分析测试中心开展青年学术交流活动
    12月15日上午,中国科学院上海硅酸盐研究所无机材料分析测试中心组织开展了青年学术交流活动,王新刚副研究员、钟秋副研究员、王墉哲副研究员和陶冶助理研究员分别作了题为《极端环境中熵陶瓷和陶瓷纤维的高温力学性能研究》、《一种新的高温熔体形核触发技术研究》、《高精度电子背散射衍射方法及应用研究》、《基于D ...
    本站小编 Free考研考试 2022-02-14
  • 上海硅酸盐所在锂金属电池双功能电解液设计中取得重要进展
    与传统的石墨负极相比,锂金属负极具有高的理论比容量(3860mAh/g)和极低的电化学电位,有望助力实现锂金属电池500Wh/kg的能量密度目标。然而,不可逆的电极-电解质界面副反应、不可控的枝状锂生长、“死锂”积累以及过大的极化电位会导致电池安全和失效问题。匹配高镍三元正极有利于高能量密度的实现, ...
    本站小编 Free考研考试 2022-02-14
  • 上海硅酸盐所信息功能材料与器件研究中心开展2021年度青年学术沙龙活动
    近期,中国科学院上海硅酸盐研究所信息功能材料与器件研究中心开展了2021年度青年学术沙龙系列交流活动。活动分别由中心主任王根水、副主任刘志甫主持,中心副主任林慧兴、曾华荣,中心各课题组长及广大科研人员和研究生等130余人次参加活动。  中心16位青年骨干和博士后先后于9月24日、11月4日、11月2 ...
    本站小编 Free考研考试 2022-02-14