گذار دینامیکی در انتشار روی در ترکیبZIF-۹ : حرکت مشارکتی، نرم شدگی چارچوب و تخریب ساختاری در دماهای بالاتر از ۴۵۰ کلوین

هدف اصلی این پژوهش، بررسی نظام مند پایداری حرارتی و مکانیکی چارچوب ایمیدازولات زئولیتی ZIF-۹ در محدوده دمایی ۳۰۰ تا ۶۰۰ کلوین و فشارهای ۱ تا ۱۰۰ بار است. این پژوهش با استفاده از شبیه سازی های دینامیک مولکولی مبتنی بر پتانسیل ReaxFF انجام شده است. یافته ها نشان می دهد که ZIF-۹ در دمای حدود۴۵۰ کلوین دچار یک گذار دینامیکی-ساختاری می شود که در آن نفوذپذیری یون های روی از حرکت موضعی به حرکت مشارکتی تغییر می کند و انرژی فعال سازی از ۴۲ به ۸۵ کیلوژول بر مول افزایش می یابد. این گذار با افزایش ناهمسانگردی انبساط حرارتی (Δa/Δc) حدود ۳، القای تنش های برشی داخلی کمتر از ۰/۸ گیگاپاسکال، کاهش مدول یانگ از ۵ به ۲/۳ گیگاپاسکال و کاهش ۵۸ درصدی سختی همراه است. در دمای ۶۰۰ کلوین، حدود ۷۰ درصد از مراکز روی دچار جابه جایی غیرقابل برگشت شده و ساختار دچار فروپاشی پیشرونده می شود. این یافته ها نشان می دهند که پنجره عملیاتی ایمن ZIF-۹ زیر ۴۵۰ کلوین است و فراتر از این دما، ساختار دچار ناپایداری شدید و از دست دادن فعالیت کاتالیزگری می شود. پیشنهاد می شود در طراحی های آتی، از مهندسی لیگاند (مانند استفاده از ایمیدازولات های کوچک تر یا متقارن) یا آلایش فلزی برای افزایش مقاومت حرارتی-مکانیکی استفاده شود.

کلیدواژه ها:

ZIF-۹ ، پایداری حرارتی ، دینامیک مولکولی ، گذار دینامیکی ، انتشار فلز.