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Thermodynamics of the Flexible Metal-Organic Framework Material MIL-53(Cr) From First Principles

机译:柔性金属 - 有机骨架材料的热力学   mIL-53(Cr)来自第一原则

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摘要

We use first-principles density functional theory total energy and linearresponse phonon calculations to compute the Helmholtz and Gibbs free energy asa function of temperature, pressure, and cell volume in the flexiblemetal-organic framework material MIL-53(Cr) within the quasiharmonicapproximation. GGA and metaGGA calculations were performed, each includingempirical van der Waals (vdW) forces under the D2, D3, or D3(BJ)parameterizations. At all temperatures up to 500 K and pressures from -30 MPato 30 MPa, two minima in the free energy versus volume are found, correspondingto the narrow pore ($np$) and large pore ($lp$) structures. Critical positiveand negative pressures are identified, beyond which there is only one freeenergy minimum. While all results overestimated the stability of the $np$ phaserelative to the $lp$ phase, the best overall agreement with experiment is foundfor the metaGGA PBEsol+RTPSS+U+J approach with D3 or D3(BJ) vdW forces. Forthese parameterizations, the calculated free energy barrier for the $np$-$lp$transition is only 3 to 6 kJ per mole of Cr$_4$(OH)$_4$(C$_8$H$_4$O$_4$)$_4$.
机译:我们使用第一原理密度泛函理论的总能量和线性响应声子计算来计算在准谐波近似范围内,柔性金属-有机骨架材料MIL-53(Cr)中的亥姆霍兹和吉布斯自由能随温度,压力和细胞体积的变化。进行了GGA和metaGGA计算,每个计算都包括在D2,D3或D3(BJ)参数设置下的经验范德华力(vdW)。在高达500 K的所有温度和-30 MPato 30 MPa的压力下,发现自由能相对于体积的两个最小值,分别对应于窄孔($ np $)和大孔($ lp $)结构。确定了临界正压力和负压力,超过此压力仅存在一个最小的自由能。尽管所有结果都高估了$ np $阶段相对于$ lp $阶段的稳定性,但对于使用D3或D3(BJ)vdW力的metaGGA PBEsol + RTPSS + U + J方法,发现与实验的最佳总体协议是最佳的。对于这些参数化,$ np $-$ lp $过渡的计算自由能垒仅为3至6 kJ /摩尔Cr $ _4 $(OH)$ _ 4 $(C $ _8 $ H $ _4 $ O $ _4 $ )$ _ 4 $。

著录项

  • 作者

    Cockayne, Eric;

  • 作者单位
  • 年度 2017
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种
  • 中图分类

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