Nanoconfinement of Molecular Magnesium Borohydride Captured in a Bipyridine-Functionalized Metal–Organic Framework

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作者
Andreas Schneemann,Liwen F. Wan,Andrew Lipton,Yi‐Sheng Liu,Jonathan L. Snider,Alexander A. Baker,Joshua D. Sugar,Catalin D. Spataru,Jinghua Guo,Tom Autrey,Mathias Jørgensen,Torben R. Jensen,Brandon C. Wood,Mark D. Allendorf,Vitalie Stavila
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:14 (8): 10294-10304 被引量:50
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c03764
摘要

The lower limit of metal hydride nanoconfinement is demonstrated through the coordination of a molecular hydride species to binding sites inside the pores of a metal-organic framework (MOF). Magnesium borohydride, which has a high hydrogen capacity, is incorporated into the pores of UiO-67bpy (Zr6O4(OH)4(bpydc)6 with bpydc2- = 2,2'-bipyridine-5,5'-dicarboxylate) by solvent impregnation. The MOF retained its long-range order, and transmission electron microscopy and elemental mapping confirmed the retention of the crystal morphology and revealed a homogeneous distribution of the hydride within the MOF host. Notably, the B-, N-, and Mg-edge XAS data confirm the coordination of Mg(II) to the N atoms of the chelating bipyridine groups. In situ11B MAS NMR studies helped elucidate the reaction mechanism and revealed that complete hydrogen release from Mg(BH4)2 occurs as low as 200 °C. Sieverts and thermogravimetric measurements indicate an increase in the rate of hydrogen release, with the onset of hydrogen desorption as low as 120 °C, which is approximately 150 °C lower than that of the bulk material. Furthermore, density functional theory calculations support the improved dehydrogenation properties and confirm the drastically lower activation energy for B-H bond dissociation.
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