New Li-doped fullerene-intercalated phthalocyanine covalent organic frameworks designed for hydrogen storage

文献情報

出版日 2013-04-23
DOI 10.1039/C3CP50492A
インパクトファクター 3.676
著者

Jing-Hua Guo, Yoshiyuki Miyamoto


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要旨

Applying density functional theory (DFT) calculations, we have designed fullerenes (C20, C24, C26, C28, C30, C36, C60 and C70) intercalated phthalocyanine covalent organic frameworks (Cn-Pc-PBBA COFs). First principles molecular dynamics (MD) simulations showed that the structures of Cn-Pc-PBBA COFs are stable at room temperature and even at higher temperature (500 K). The interlayer distance of Pc-PBBA COF has been expanded to 7.48–13.25 Å by the intercalated fullerenes, and the pore volume and surface area were enlarged by 2.3–3.1 and 2.0–2.6 times, respectively. The grand canonical Monte Carlo (GCMC) simulations show that our designed Cn-Pc-PBBA COFs exhibit a superior hydrogen storage capability: at 77 K and P = 100 bar, the hydrogen gravimetric and volumetric uptakes reach 9.4–12 wt% and 48.1–52.2 g L−1, respectively. To meet the requirement for practical application in hydrogen storage, we use the Li-doping method to modify the hydrogen storage performance of Cn-Pc-PBBA COFs. Our results show that the Li atoms can stably locate on the surface of C30-, C36, C60 and C70-Pc-PBBA COFs. At T = 298 K and P = 100 bar, for these four Li-doped Cn-Pc-PBBA COFs, the gravimetric and volumetric uptakes of H2 reach 4.2 wt% and 18.2 g L−1, respectively.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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