Hydrogen-Bonded Dimer Dissociation under MOF Nanoconfinement Enables Thermal Transition Tailoring of Medium-Chain Fatty Acids

化学 二聚体 离解(化学) 氢键 热的 化学工程 纳米技术 化学物理 有机化学 分子 热力学 物理 工程类 材料科学
作者
Kunyi Leng,Ryosuke Yoshii,Akihiro Suguno,Genki Hatakeyama,Xuejing He,Yusuke Nishiyama,Teppei Yamada
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (43): 39623-39631
标识
DOI:10.1021/jacs.5c13043
摘要

Significant modulation of phase transition temperatures (Ttr) in organic phase-change materials (PCMs) remains a long-standing challenge due to their intrinsically stable intermolecular interactions. We provide direct evidence that metal-organic framework (MOF) nanoconfinement and host-guest interactions dissociate hydrogen-bonded dimers of medium-chain fatty acids into monomeric species. These monomers engage in site-selective hydrogen bonding with the μ3-O sites in UiO-66, reconstructing thermodynamic pathways of medium-chain fatty acids and enabling significant Ttr control. Specifically, the melting point of lauric acid (C12) confined in UiO-66 is reduced from 44 to 2 °C, and that of capric acid (C10) is reduced from 28 to -18 °C, exceeding the modulation by conventional porous hosts. In contrast, longer-chain fatty acids, such as myristic acid (C14) and palmitic acid (C16), retain dimeric structures and exhibit limited change in Ttr, revealing a chain-length-dependent, selective molecular recognition within the MOF pores. Our findings demonstrate a supramolecular approach to modulate phase-transition behavior by controlled dissociation of hydrogen-bonded dimers under nanoconfinement, offering a molecular-level strategy for designing advanced thermal energy storage materials.
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