Tuning Intrinsic and Extrinsic Proton Conduction in Metal–Organic Frameworks by the Lanthanide Contraction
作者:Norman E. Wong、Padmini Ramaswamy、Andrew S. Lee、Benjamin S. Gelfand、Kamila J. Bladek、Jared M. Taylor、Denis M. Spasyuk、George K. H. Shimizu
DOI:10.1021/jacs.7b07987
日期:2017.10.18
Seven isomorphous lanthanide metal-organic frameworks in the PCMOF-5 family, [Ln(H5L)(H2O)n](H2O) (L = 1,2,4,5-tetrakis(phosphonomethyl)benzene, Ln = La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd) have been synthesized and characterized. This family contains 1-D water-filled channels lined with free hydrogen phosphonate groups and gives a very low activation energy pathway for proton transfer. The lanthanide contraction
PCMOF-5 家族中的七种同晶镧系金属有机骨架,[Ln(H5L)(H2O)n](H2O)(L = 1,2,4,5-四(膦酰基甲基)苯,Ln = La,Ce, Pr、Nd、Sm、Eu、Gd)已被合成和表征。该系列包含内衬游离膦酸氢基团的一维充水通道,并为质子转移提供非常低的活化能途径。镧系元素收缩用于系统地改变晶胞尺寸并调整质子传导途径。晶体系列的 LeBail 拟合表明,沿通道的晶体学 a 轴可以以小于 0.02 Å 的增量变化,从而相应地缩短质子转移途径。La 和 Pr 复合物的质子电导率大约比该系列的其他成员高一个数量级(10-3 S cm-1 对 10-4 S cm-1)。该系列的高导电和低导电成员的单晶结构(La、Pr 代表高,Ce 代表低)证实结构相似性超出了晶胞参数,扩展到游离酸基团和包括水分子的位置。扫描电子显微镜显示,由于镧系元素变化引起的晶格应变效应,Ln 系列不同成员