Rapid Water Diffusion through Extended Networks in MOFs

材料科学 扩散 纳米技术 化学 化学物理 工作(物理) 化学工程 纳米孔 纳米颗粒 吸附
作者
Xitai Cai,Wufeng Wu,Penghua Ying,Libo Li,Yuhan Yang,Ruijun Liang,Yanying Wei,Haihui Wang
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:26 (28): 9004-9013
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.6c00988
摘要

O remain less explored than noncondensable gases. Here, we combine molecular dynamics and Monte Carlo simulations with infrared spectroscopy and water adsorption experiments to reveal nonmonotonic, loading-dependent water diffusion behaviors in four representative MOFs: ZIF-90, ZIF-8, ZIF-67, and UiO-66. At low to medium loadings, water sequentially occupies cages to form clusters, with diffusivity decreasing as water loading increases. At high loadings, they organize into an extended network, leading to rapid water diffusion. Such counterintuitive transitions contrast sharply with the behavior of noncondensable molecules and strongly correlate with the enthalpy of vaporization across various water models, emphasizing the dominant role of water-water interactions in governing diffusion in MOFs. Our findings clarify the unique loading-dependent diffusion behavior of condensable molecules in MOFs and guide the rational design of high-performance MOF-based materials.
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