UIO-66金属有機フレームワークの動的温度依存性挙動の実験的実証：高圧水素貯蔵のためのUIO-66のヒドロキシル化およびデヒドロキシル化型の圧縮

H2貯蔵アプリケーション用のデヒドロキシル化およびヒドロキシル化UIO-66の高圧（700 MPaまたは〜100 000 psi）の圧縮が報告されています。脱ヒドロキシル化反応は、150〜300°Cの間に発生することがわかりました。粉末ヒドロキシル化UIO-66のH2取り込み容量は、77 Kおよび100 BARで4.6 wt％に達します。圧縮時には、デヒドロキシル化UIO-66ペレットのH2取り込み容量は3.8から1.3 wt％に66％減少しますが、ヒドロキシル化UIO-66の場合、ペレットは容量が4.6から4.2 wt％にわずか9％減少します。これは、圧縮されたヒドロキシル化UIO-66のH2取り込み能力がデヒドロキシル化UIO-66のそれよりも少なくとも3倍高いことを意味し、したがって、ヒドロキシル化UIO-66は水素貯蔵用途でより有望であることを意味します。H2取り込み能力は、UIO-66の多孔性の圧縮誘発性変化と密接に関連しています。圧縮の効果は、200および290°Cで熱的に処理される部分的にデヒドロキシル化UIO-66サンプルで最大です。これらの圧縮されたサンプルは、アモルファス材料を示すXRDパターンを示します。低気孔率（表面積は700〜1300 m2/gから約200 m2/gに減少し、0.4〜0.6 cm3/gから0.1 cm3/gから0.1 cm3/gから0.6 cm3/gから細孔容積が減少します。G）、および非常に低い水素取り込み（77 Kおよび100 BARで0.7-0.9 wt％）。UIO-66の観察された活性化温度誘導動的挙動は、金属有機フレームワーク（MOF）では珍しいことであり、以前は計算研究でのみ報告されています。700 MPaで圧縮した後、ヒドロキシル化UIO-66の構造特性とH2取り込みは比較的変化していないままですが、デヒドロキシル化UIO-66の圧縮時に非常に損なわれています。したがって、UIO-66は、これまで安定していると考えられていた範囲内の活性化温度の変化に動的に応答します。

High-pressure (700 MPa or ∼100 000 psi) compaction of dehydroxylated and hydroxylated UiO-66 for H2 storage applications is reported. The dehydroxylation reaction was found to occur between 150 and 300 °C. The H2 uptake capacity of powdered hydroxylated UiO-66 reaches 4.6 wt % at 77 K and 100 bar, which is 21% higher than that of dehydroxylated UiO-66 (3.8 wt %). On compaction, the H2 uptake capacity of dehydroxylated UiO-66 pellets reduces by 66% from 3.8 to 1.3 wt %, while for hydroxylated UiO-66 the pellets show only a 9% reduction in capacity from 4.6 to 4.2 wt %. This implies that the H2 uptake capacity of compacted hydroxylated UiO-66 is at least three times higher than that of dehydroxylated UiO-66, and therefore, hydroxylated UiO-66 is more promising for hydrogen storage applications. The H2 uptake capacity is closely related to compaction-induced changes in the porosity of UiO-66. The effect of compaction is greatest in partially dehydroxylated UiO-66 samples that are thermally treated at 200 and 290 °C. These compacted samples exhibit XRD patterns indicative of an amorphous material, low porosity (surface area reduces from between 700 and 1300 m2/g to ca. 200 m2/g and pore volume from between 0.4 and 0.6 cm3/g to 0.1 and 0.15 cm3/g), and very low hydrogen uptake (0.7-0.9 wt % at 77 K and 100 bar). The observed activation-temperature-induced dynamic behavior of UiO-66 is unusual for metal-organic frameworks (MOFs) and has previously only been reported in computational studies. After compaction at 700 MPa, the structural properties and H2 uptake of hydroxylated UiO-66 remain relatively unchanged but are extremely compromised upon compaction of dehydroxylated UiO-66. Therefore, UiO-66 responds in a dynamic manner to changes in activation temperature within the range in which it has hitherto been considered stable.