UIOフレームワークの障害、高圧行動、および機械的特性をリンクする計算および実験的アプローチ

多くの金属有機フレームワークは、機能材料として使用するために必要な化学的安定性を持っていますが、産業用途に必要な体力が欠けていることがよくあります。ここでは、2つのuio-topology zr-mofsの機械的特性、平面UIO-67（[zr6o4（oh）4（bpdc）6]、bpdc：4,4'-ビフェニルジカルボン酸）およびuio-abdc（[Zr6O4（OH）4（ABDC）6]、ABDC：4,4'-アゾベンゼンジカルボン酸）単一結晶ナノインデンテーション、高圧X線回折、密度官能理論計算、および第一核分子動力学。圧力が上昇すると、UIO-67とUIO-ABDCの両方が、ダイヤモンドのアンビル細胞内のメタノール分子で満たされた場合、非圧縮性であることがわかりました。どちらの場合も安定化は、動的リンカー障害に起因します。UIO-ABDCのジアゾリンカーは、その長い性質と併せて、大きな弾性弾性率によって特徴付けられるUIO-67と比較して、直接圧縮に対して圧縮および安定化するフレームワークの能力を低下させます。。したがって、UIO-MOFSの合成に非線形リンカーを使用すると、より大きな圧力範囲にわたってより剛性のある機械的特性を持つMOFが作成されます。

Whilst many metal-organic frameworks possess the chemical stability needed to be used as functional materials, they often lack the physical strength required for industrial applications. Herein, we have investigated the mechanical properties of two UiO-topology Zr-MOFs, the planar UiO-67 ([Zr6O4(OH)4 (bpdc)6], bpdc: 4,4'-biphenyl dicarboxylate) and UiO-abdc ([Zr6O4(OH)4 (abdc)6], abdc: 4,4'-azobenzene dicarboxylate) by single-crystal nanoindentation, high-pressure X-ray diffraction, density functional theory calculations, and first-principles molecular dynamics. On increasing pressure, both UiO-67 and UiO-abdc were found to be incompressible when filled with methanol molecules within a diamond anvil cell. Stabilization in both cases is attributed to dynamical linker disorder. The diazo-linker of UiO-abdc possesses local site disorder, which, in conjunction with its longer nature, also decreases the capacity of the framework to compress and stabilizes it against direct compression, compared to UiO-67, characterized by a large elastic modulus. The use of non-linear linkers in the synthesis of UiO-MOFs therefore creates MOFs that have more rigid mechanical properties over a larger pressure range.