Influencia de pequeños adsorbatos en los espectros vibracionales de Mg- y Zn-MOF-74 revelados por cálculos de primeros principios

En este trabajo se ha analizado la influencia de pequeños adsorbatos en los espectros vibracionales de la estructura orgánica de metales de Mg y Zn MOF-74 mediante cálculos de primeros principios. En particular, se ha considerado la adsorción de cuatro especies representativas de diferentes fuerzas de interacción: Ar, CO₂, H₂O y NH₃.

Además de una caracterización exhaustiva de los aspectos estructurales y energéticos de los MOF vacíos y cargados, se ha utilizado un enfoque ab initio totalmente cuántico para evaluar las actividades Raman e IR de los modos normales, lo que lleva a la construcción de todos los espectros vibracionales.

Bajo este enfoque, no solo se puede proceder con la asignación completa de los espectros en términos de las coordenadas internas habituales, sino también discernir las huellas vibracionales más relevantes de los adsorbatos y su impacto en todos los espectros MOF.

Por un lado, algunos de los modos vibratorios típicos de las moléculas pequeñas están ligeramente desplazados, pero siguen siendo visibles cuando se adsorben en los MOFs, especialmente aquellos que aparecen en números de onda altos donde los MOF vacíos carecen de señales IR/Raman. Por otro lado, algunas bandas que surgen de los ligandos orgánicos se ven afectadas por la presencia de los adsorbatos, mostrando cambios de frecuencia no despreciables, lo que está de acuerdo con experimentos recientes.

Se encontró una fuerte correlación entre todos estos cambios de frecuencia y la fuerza de interacción del adsorbato con la red metaloorgánica hospedadora. Los hallazgos presentados en este trabajo amplían las capacidades de las técnicas de espectroscopia vibracional para analizar materiales porosos y pueden ser útiles para el diseño de sensores y nuevos dispositivos basados en tecnología MOF.

Referencias

Este trabajo está publicado en:

• Carlos Romero-Muñiz, José María Gavira-Vallejo, Patrick J. Merkling, Sofía Calero: Impact of Small Adsorbates in the Vibrational Spectra of Mg- and Zn-MOF-74 Revealed by First-Principles Calculations. ACS Applied Materials & Interfaces 2020 12 (49), 54980-54990. DOI: 10.1021/acsami.0c16629.
• Información suplementaria: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c16629.

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Impact of Small Adsorbates in the Vibrational Spectra of Mg- and Zn-MOF-74 Revealed by First-Principles Calculations – e-spacio (uned.es)