Pressure promoted low-temperature melting of metal–organic frameworks

材料科学 金属有机骨架 熔化温度 金属 化学工程 纳米技术 化学物理 冶金 物理化学 吸附 化学 复合材料 工程类
作者
Remo N. Widmer,Giulio I. Lampronti,Simone Anzellini,Romain Gaillac,Stefan Farsang,Chao Zhou,Ana M. Belenguer,Craig Wilson,H.K. Palmer,Annette Kleppe,Michael T. Wharmby,Xiao Yu,Seth M. Cohen,Shane G. Telfer,Simon A. T. Redfern,François‐Xavier Coudert,Simon G. MacLeod,Thomas D. Bennett
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:18 (4): 370-376 被引量:198
标识
DOI:10.1038/s41563-019-0317-4
摘要

Metal-organic frameworks (MOFs) are microporous materials with huge potential for chemical processes. Structural collapse at high pressure, and transitions to liquid states at high temperature, have recently been observed in the zeolitic imidazolate framework (ZIF) family of MOFs. Here, we show that simultaneous high-pressure and high-temperature conditions result in complex behaviour in ZIF-62 and ZIF-4, with distinct high- and low-density amorphous phases occurring over different regions of the pressure-temperature phase diagram. In situ powder X-ray diffraction, Raman spectroscopy and optical microscopy reveal that the stability of the liquid MOF state expands substantially towards lower temperatures at intermediate, industrially achievable pressures and first-principles molecular dynamics show that softening of the framework coordination with pressure makes melting thermodynamically easier. Furthermore, the MOF glass formed by melt quenching the high-temperature liquid possesses permanent, accessible porosity. Our results thus imply a route to the synthesis of functional MOF glasses at low temperatures, avoiding decomposition on heating at ambient pressure.
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