Proton Conductivities in Functionalized UiO-66: Tuned Properties, Thermogravimetry Mass, and Molecular Simulation Analyses

热重分析 分子 吸附 质子 金属有机骨架 质子交换膜燃料电池 电导率 化学 物理化学 化学工程 计算化学 化学物理 无机化学 有机化学 物理 催化作用 量子力学 工程类
作者
Fan Yang,Hongliang Huang,Xiayan Wang,Fan Li,Yuhan Gong,Chongli Zhong,Jian‐Rong Li
出处
期刊:Crystal Growth & Design [American Chemical Society]
卷期号:15 (12): 5827-5833 被引量:224
标识
DOI:10.1021/acs.cgd.5b01190
摘要

Pursuing new proton-conducting materials has become a key issue to improve the performance of proton exchange membrane fuel cells for clean energy. As newly emerging materials, metal–organic frameworks (MOFs) have been attracting wide attention in this regard. Herein, using stable UiO-66 as a platform, through the modification of different functional groups of −SO3H, −2COOH, −NH2, and −Br in ligands, we explore the strategy to tune the proton conductivities of MOFs. With the highly acidic and strong hydrophilic functional groups −SO3H and −COOH, UiO-66-SO3H and UiO-66-2COOH show quite high proton conductivities of 0.34 × 10–2 and 0.10 × 10–2 S cm–1 at 303 K and ∼97% relative humidity, respectively while the −NH2, −H, and −Br represent comparatively low conductivities under the same conditions. Furthermore, water molecules adsorbed in the pores are proved to contribute greatly to the proton conductivities of these MOFs. Thermogravimetry-mass spectrometry (TG-MS) and molecular simulations are then used to analyze the interactions between the water molecules and MOFs. TG-MS analyses show two water molecule loss processes in UiO-66-SO3H and UiO-66-2COOH, but one in UiO-66-NH2, UiO-66, and UiO-66-Br during heating, which indicates the stronger affinity of −SO3H and −COOH functionalized UiO-66 toward water molecules than those with −NH2 and −Br, as well as UiO-66 itself. The isosteric heats (−Qst) of water adsorption and radial distribution functions (RDFs) in these MOFs are also evaluated by molecular simulations. It was found that UiO-66-SO3H and UiO-66-2COOH have higher −Qst of 86.50 and 52.10 kJ mol–1, whereas UiO-66-NH2, UiO-66, and UiO-66-Br have lower ones, 34.03, 19.04, and 36.36 kJ mol–1, respectively. The RDFs reveal the formation of hydrogen-bonding networks in UiO-66-SO3H, UiO-66-2COOH, UiO-66-NH2, and UiO-66, but not in UiO-66-Br.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
丑123完成签到,获得积分10
1秒前
剑K发布了新的文献求助10
1秒前
NIHAO完成签到 ,获得积分10
2秒前
丑123发布了新的文献求助10
5秒前
轻松初阳完成签到 ,获得积分10
6秒前
3D完成签到 ,获得积分10
11秒前
Kristina完成签到,获得积分10
12秒前
kkk完成签到 ,获得积分10
18秒前
19秒前
顾矜应助丑123采纳,获得10
22秒前
Migrol完成签到,获得积分10
26秒前
科研通AI5应助susu采纳,获得10
26秒前
31秒前
HCLonely完成签到,获得积分0
34秒前
飞鱼z完成签到 ,获得积分10
35秒前
danielbbbb发布了新的文献求助10
35秒前
滴滴哒哒完成签到 ,获得积分10
35秒前
茶茶发布了新的文献求助10
42秒前
任大师兄完成签到,获得积分10
42秒前
44秒前
huanfid完成签到 ,获得积分10
45秒前
无一完成签到 ,获得积分0
48秒前
danielbbbb完成签到,获得积分10
50秒前
残幻应助聪慧芷巧采纳,获得10
51秒前
小白完成签到,获得积分10
52秒前
研友_LJGmvn完成签到,获得积分10
52秒前
海孩子完成签到,获得积分10
53秒前
Amon完成签到,获得积分10
55秒前
大模型应助minmin采纳,获得10
57秒前
1分钟前
susu完成签到 ,获得积分10
1分钟前
xsans完成签到,获得积分10
1分钟前
Re完成签到 ,获得积分10
1分钟前
科目三应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
ding应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
科研通AI2S应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
乐乐应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
Owen应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
李健应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
Xiaoxiao应助科研通管家采纳,获得10
1分钟前
高分求助中
【此为提示信息,请勿应助】请按要求发布求助,避免被关 20000
ISCN 2024 – An International System for Human Cytogenomic Nomenclature (2024) 3000
Continuum Thermodynamics and Material Modelling 2000
Encyclopedia of Geology (2nd Edition) 2000
105th Edition CRC Handbook of Chemistry and Physics 1600
Maneuvering of a Damaged Navy Combatant 650
Mindfulness and Character Strengths: A Practitioner's Guide to MBSP 380
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 计算机科学 化学工程 内科学 复合材料 物理化学 电极 遗传学 量子力学 基因 冶金 催化作用
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3776069
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3321646
关于积分的说明 10206508
捐赠科研通 3036726
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1666435
邀请新用户注册赠送积分活动 797459
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 757841