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金属有機フレームワークのUIO-6Xファミリーは、化学戦争剤（CWA）の捕獲と破壊の用途向けに広く研究されています。拡散などの固有の輸送現象の理解は、実験結果を理解し、CWA捕獲に効果的な材料を設計するための鍵です。ただし、CWASとそのシミュレーションの比較的大きいサイズは、小型の原始的なUIO-66の拡散を非常に遅く、したがって、時間スケールが必要なため、直接的な分子シミュレーションで直接勉強することは実用的ではありません。CWASの代理としてイソプロパノール（IPA）を使用して、自然のままのUIO-66内の極性分子の基本的な拡散メカニズムを調査しました。IPAは、いくつかのCWAと同様に、UIO-66の金属酸化物クラスターに結合したμ3-OH基と水素結合を形成でき、直接的な分子動力学シミュレーションで研究できます。荷重の関数として、自然のuio-66におけるIPAの自己、修正、輸送の拡散を報告します。私たちの計算では、IPAとμ3-OH基の間の水素結合が含まれている場合、拡散係数の約1桁減少した拡散性に対する水素結合相互作用の正確なモデリングの重要性を強調しています。IPA分子の一部はシミュレーション中に非常に低い移動度を持っていることがわかりましたが、わずかな分数は非常に可動性があり、アンサンブル平均よりもはるかに大きい平均四角変位を示しています。
金属有機フレームワークのUIO-6Xファミリーは、化学戦争剤（CWA）の捕獲と破壊の用途向けに広く研究されています。拡散などの固有の輸送現象の理解は、実験結果を理解し、CWA捕獲に効果的な材料を設計するための鍵です。ただし、CWASとそのシミュレーションの比較的大きいサイズは、小型の原始的なUIO-66の拡散を非常に遅く、したがって、時間スケールが必要なため、直接的な分子シミュレーションで直接勉強することは実用的ではありません。CWASの代理としてイソプロパノール（IPA）を使用して、自然のままのUIO-66内の極性分子の基本的な拡散メカニズムを調査しました。IPAは、いくつかのCWAと同様に、UIO-66の金属酸化物クラスターに結合したμ3-OH基と水素結合を形成でき、直接的な分子動力学シミュレーションで研究できます。荷重の関数として、自然のuio-66におけるIPAの自己、修正、輸送の拡散を報告します。私たちの計算では、IPAとμ3-OH基の間の水素結合が含まれている場合、拡散係数の約1桁減少した拡散性に対する水素結合相互作用の正確なモデリングの重要性を強調しています。IPA分子の一部はシミュレーション中に非常に低い移動度を持っていることがわかりましたが、わずかな分数は非常に可動性があり、アンサンブル平均よりもはるかに大きい平均四角変位を示しています。
The UiO-6x family of metal-organic frameworks has been extensively studied for applications in chemical warfare agent (CWA) capture and destruction. An understanding of intrinsic transport phenomena, such as diffusion, is key to understanding experimental results and designing effective materials for CWA capture. However, the relatively large size of CWAs and their simulants makes diffusion in the small-pored pristine UiO-66 very slow and hence impractical to study directly with direct molecular simulations because of the time scales required. We used isopropanol (IPA) as a surrogate for CWAs to investigate the fundamental diffusion mechanisms of a polar molecule within pristine UiO-66. IPA can form hydrogen bonds with the μ3-OH groups bound to the metal oxide clusters in UiO-66, similar to some CWAs, and can be studied by direct molecular dynamics simulations. We report self, corrected, and transport diffusivities of IPA in pristine UiO-66 as a function of loading. Our calculations highlight the importance of the accurate modeling of the hydrogen bonding interactions on diffusivities, with about an order of magnitude decrease in diffusion coefficients when the hydrogen bonding between IPA and the μ3-OH groups is included. We found that a fraction of the IPA molecules have very low mobility during the course of a simulation, while a small fraction are highly mobile, exhibiting mean square displacements far greater than the ensemble average.
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