Engineering porosity of MIL-101(Cr) using solvation effect

范德瓦尔斯力 甲苯 吸附 多孔性 溶剂化 介孔材料 堆积 密度泛函理论 成核 材料科学 化学工程 分子 无机化学 化学 计算化学 物理化学 催化作用 工程类 有机化学
作者
Jiawei Cao,Yunxia Li,Qi Meng,Xiubiao Ma,Fengting He,Yongqiang Wang,Dongfeng Zhao
出处
期刊:Journal of environmental chemical engineering [Elsevier]
卷期号:12 (3): 112753-112753 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.jece.2024.112753
摘要

Toluene, a kind of volatile organic compounds (VOCs), serves as a vital constituent of PM2.5 and acts as a notable precursor to ozone. To improve the adsorption performance of adsorbents for toluene, MIL-101(Cr)-XmM with high porosity were synthesized using an in-situ growth restriction strategy. This research reveals that the solvation effect influences the rate of crystal nucleation and growth, leading to variations in the ratio of micropores to mesopores and overall porosity in MIL-101(Cr)-XmM. The high porosity of MIL-101(Cr)-1.6 mM facilitates a higher diffusion rate of particles and exposes a greater number of alkaline sites. Consequently, the adsorption performance of MIL-101(Cr)-1.6 mM for toluene demonstrates a remarkable 240% improvement compared to that of MIL-101(Cr)-1.2 mM. Molecular simulations unveils the impact of adsorption temperature, demonstrating the crucial role of van der Waals interactions in the adsorption of toluene, with a noteworthy inhibition of van der Waals interactions observed upon heating. Density functional theory(DFT) simulations show that toluene molecules tend to preferentially adsorb near the benzene ring of the ligand, primarily due to π-π stacking interactions. Simultaneously, the electrophilic channel with greater porosity can gather more nucleophilic groups, thereby enhancing the adsorption performance of toluene.
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