多孔金属有机骨架材料储氢性能分子模拟.pdf

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1、物理化学学~(WuliHuaxueXuebao)OctoberActaPs．一Chim．Sin．2013，290o)，2207-22142207[Article]doi：l0．3866／PKU．WHXB201307191www．whxb．pku．edu．cn多孔金属有机骨架材料储氢性能分子模拟吴选军郑佶李江蔡卫权(武汉理工大学化学工程学院，武汉430070)摘要：采用优化的DREIDING力场参数，通过巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)模拟方法对H：在IRMOF一1、IRMOF．61和lRMOF．62共3种金属有机骨架(MOFs)材料中的吸附平衡性能进行了比较研究．结果表明，该力场能够在全压力

2、范围内很好地复制H在IRMOF．62材料中的等温吸附曲线：但对低压下H在lRMOF．61中的等温吸附曲线预测出现低估．与IRMOF-1相比，具有互穿骨架结构的lRMOF一61和IRMOF-62材料在常温下的储氢能力并无明显提高．进一步比较77K时100kPa、3．0MPa下H在上述MOFs材料中达到吸附平衡时的几率密度分布发现，H：会优先吸附在ZnO骨架附近靠近苯环的位置：对具有互穿结构的MOFs材料而言，由于其孔腔尺寸缩小，使得H优先吸附位区域零散化．适当长度的有机配体形成的互穿骨架结构能增强与H分子之间的相互作用，具备较高的储氢能力：而有机配体尺寸过长则会增加骨架结构中H2吸附死角，对

3、H。的吸附能力反而出现下降．关键词：金属有机骨架材料：多孔材料：巨正则系综蒙特卡洛模拟：储氢：等温吸附中图分类号：O641MolecularSimulationonHydrogenStorageCapacitiesofPorousMetalOrganicFrameworkswuXuan-JunZHENGJiLIJiangCAIWei—Quan(SchoolofChemicalEngineering,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,PR．China)Abstract：TheadsorptionequilibriumpropertiesofH2m

4、oleculeslnvariousmeta1．organicframeworks(MOFs)includinglRMOF．61，IRMOF-62，andIRMOF．1werestudiedusingthegrandcanonicaIMonteCarlo(GCMC)simulationmethodwiththeoptimizedparametersobtainedusingtheDRElDINGforcefield．ThecalculafedparameterscouldexactlyreproducetheadsorptionisothermsofH2moleculesinlRMOF．62

5、．However,theymayunderestimatetheadsorptionisotherm0fH2moleculesinlRMOF．61atlowpressure．TheH2storagecapacities0fIRMOF一61andlRMOF一62withinterpenetratingframeworkswerenotsignificantlyhigherthanthatoflRMOF．1atroomtemperature．H2moleculeswerepreferentialyadsorbednearZn40units．whichwereIocatedclosetotheb

6、enzenerings，accordingtotheprobabilitydensitydistributionofH2moleculesintheaboveMOFsunderadsorptionequilibriumconditionsat77K，100kPa，and3．0MPa．FortheMOFswithinte~enetmtingframeworks，theareawithpreferentiaIadsorptionsitesforH2moleculesissmallerandmorescatteredthantheMOFwithoutbecauseoftheirsmallerca

7、vitysizes．TheorganicIinkershouldbeofappropriateIengthtopromotetheformationofaninterpenetratingframework，whichcanenhancetheinteractionbetweentheframeworkandH2molecules，andthusimproveH2storagecapacity．Iftheorganicl