Data-Driven Design of Flexible Metal–Organic Frameworks for Gas Storage

金属有机骨架 材料科学 纳米技术 金属 工艺工程 环境科学 计算机科学 化学 工程类 冶金 吸附 有机化学
作者
Yunsung Lim,Baekjun Kim,Jihan Kim
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:36 (11): 5465-5473 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.4c00398
摘要

Flexible metal–organic frameworks (MOFs) can show remarkable properties that can be useful for various gas separation and storage applications. However, due to the relatively small number of data compared to those of rigid MOFs, the computational design of flexible MOFs with the desired properties has been challenging. In this study, we propose novel methods for designing MOFs that possess potential flexibility and discover new flexible MOFs capable of exhibiting an S-shaped isotherm, indicating a high gas working capacity. Employing our methods, we constructed a comprehensive database comprising MOFs with potential flexibility, which we subsequently screened using molecular simulations to identify optimal MOFs with high CH4 and H2 working capacity and flexibility. Specifically, we have identified five optimal candidates that may exhibit S-shaped isotherms with exceptional CH4 working capacity. Furthermore, we have determined that these optimal candidates have wide-ranging applicability for other gases such as H2. In particular, one of the candidate MOFs (named Co+E11) shows a theoretical working capacity of 214.5 v(STP)/v for CH4 (298 K, 5.8–65 bar) and 45.0 g/L for H2 (77 K, 5–100 bar), surpassing the current world record of 208 v(STP)/v for CH4 and 37.2 g/L for H2. Hence, we demonstrate the expansion of the data-driven MOF space into the realm of flexible MOFs and propose new synthesizable candidates for gas storage applications.
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