Water in zeolite L and its MOF mimic

沸石 分子 氢键 超分子化学 化学 离解(化学) 化学物理 化学工程 催化作用 纳米技术 材料科学 物理化学 有机化学 工程类
作者
Ettore Fois,Gloria Tabacchi
出处
期刊:Zeitschrift für Kristallographie [De Gruyter]
卷期号:234 (7-8): 495-511 被引量:10
标识
DOI:10.1515/zkri-2018-2153
摘要

Abstract Confinement of molecules in one dimensional arrays of channel-shaped cavities has led to technologically interesting materials. However, the interactions governing the supramolecular aggregates still remain obscure, even for the most common guest molecule: water. Herein, we use computational chemistry methods (#compchem) to study the water organization inside two different channel-type environments: zeolite L – a widely used matrix for inclusion of dye molecules, and ZLMOF – the closest metal-organic-framework mimic of zeolite L. In ZLMOF, the methyl groups of the ligands protrude inside the channels, creating nearly isolated nanocavities. These cavities host well-separated ring-shaped clusters of water molecules, dominated mainly by water-water hydrogen bonds. ZLMOF provides arrays of “isolated supramolecule” environments, which might be exploited for the individual confinement of small species with interesting optical or catalytic properties. In contrast, the one dimensional channels of zeolite L contain a continuous supramolecular structure, governed by the water interactions with potassium cations and by water-water hydrogen bonds. Water imparts a significant energetic stabilization to both materials, which increases with the water content in ZLMOF and follows the opposite trend in zeolite L. The water network in zeolite L contains an intriguing hypercoordinated structure, where a water molecule is surrounded by five strong hydrogen bonds. Such a structure, here described for the first time in zeolites, can be considered as a water pre-dissociation complex and might explain the experimentally detected high proton activity in zeolite L nanochannels.
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