Unusual Pore Volume Dependence of Water Sorption in Monolithic Metal-Organic Framework

吸附 金属有机骨架 体积热力学 材料科学 金属 化学工程 化学 吸附 热力学 冶金 物理化学 物理 工程类
作者
Jiawang Li,Guang Wang,Hongzhao Fan,Zhigang Li,Chi Yan Tso,Yanguang Zhou
出处
期刊:Cornell University - arXiv [Cornell University]
标识
DOI:10.48550/arxiv.2407.00470
摘要

Monolithic metal-organic frameworks (MOFs), which have a continuous structure composed of small primary MOF particles and amorphous networks, are demonstrated to possess larger pore volume and thus better larger gas uptake capacity compared to their powder forms. Here, we systematically investigated the water vapor adsorption kinetics in a prototypical MOF, i.e., MOF-801. Our results show that the total pore volume (average pore diameter) of the monolithic MOF-801 is 0.831 cm3/g (5.20 nm) which is much larger than that of powder MOF-801, i.e., 0.488 cm3/g (1.95 nm). Unexpectedly, we find that the water uptake capacity of monolithic MOF-801 is much lower than that of powder MOF-801 when the RH ranges from 10% to 90%. Our molecular dynamics simulations further demonstrate that the unexpected water uptake capacity of monolithic MOF-801 at RH of 10%~90% is caused by the water film formed by the capillary condensation in these mesopores of monolithic MOF-801. The water molecules can overcome the capillary force when the RH is higher than 90%, and then leads to the increase of the corresponding water uptake capacity of monolithic MOF-801. Our findings reveal the underlying mechanisms for water adsorption kinetics in both powder and monolithic MOFs, which could motivate and benefit the new passive cooling or water harvesting system design based on MOFs.

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