Computational Exploration of the Water Concentration Dependence of the Proton Transport in the Porous UiO–66(Zr)–(CO2H)2 Metal–Organic Framework

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作者
Daiane Damasceno Borges,Rocío Semino,Sabine Devautour‐Vinot,Hervé Jobic,Francesco Paesani,Guillaume Maurin
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:29 (4): 1569-1576 被引量:40
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.6b04257
摘要

The UiO–66(Zr)–(CO2H)2 metal–organic framework (MOF) has been recently revealed as a promising proton conducting material under humidification. Here, aMS-EVB3 molecular dynamics simulations are performed to reveal at the molecular level the structure, thermodynamics, and dynamics of the hydrated proton in three-dimensional (3D)-cages MOF as a function of the water loading. It is found that the most stable proton solvation structure corresponds to a H7O3+ cation and that a transition between this complex and a Zundel cation likely governs the proton transport in this MOF occurring via a Grotthuss-type mechanism. It is further shown that the formation of a H2O hydrogen-bonded bridge that connects the cages occurs only at high water concentration and this creates a path allowing the excess proton to jump from one cage to another. This leads to a faster self-diffusivity of proton at high water concentration, thereby supporting the increase of the proton conductivity with the water loading as experimentally evidenced.
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