Evolution of water structures in metal-organic frameworks for improved atmospheric water harvesting

分子 金属有机骨架 多孔性 化学物理 密度泛函理论 材料科学 水的性质 化学极性 金属 化学 纳米技术 化学工程 吸附 计算化学 物理化学 有机化学 复合材料 工程类 冶金
作者
Nikita Hanikel,Xiaokun Pei,Saumil Chheda,Hao Lyu,WooSeok Jeong,Joachim Sauer,Laura Gagliardi,Omar M. Yaghi
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:374 (6566): 454-459 被引量:649
标识
DOI:10.1126/science.abj0890
摘要

Although the positions of water guests in porous crystals can be identified, determination of their filling sequence remains challenging. We deciphered the water-filling mechanism for the state-of-the-art water-harvesting metal-organic framework MOF-303 by performing an extensive series of single-crystal x-ray diffraction measurements and density functional theory calculations. The first water molecules strongly bind to the polar organic linkers; they are followed by additional water molecules forming isolated clusters, then chains of clusters, and finally a water network. This evolution of water structures led us to modify the pores by the multivariate approach, thereby precisely modulating the binding strength of the first water molecules and deliberately shaping the water uptake behavior. This resulted in higher water productivity, as well as tunability of regeneration temperature and enthalpy, without compromising capacity and stability.
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