اثر آلایش کبالت و مس بر پایداری حرارتی-مکانیکی ZIF-۹: مطالعه ای با شبیه سازی دینامیک مولکولی

هدف این پژوهش، بررسی روشمند تاثیر آلایش هدفمند با فلزات انتقالی کبالت (Co) و مس (Cu) بر پایداری حرارتی- مکانیکی چارچوب زئولیتی ایمیدازولات ZIF-۹ با استفاده از شبیه سازی های دینامیک مولکولی (MD) مبتنی بر پتانسیل نیروی واکنشی ReaxFF است. شبیه سازی ها در محدوده گسترده ای از دما (۶۰۰-۳۰۰ کلوین) و فشار (۱۰۰-۱ بار) انجام شدند. نتایج نشان داد که ZIF-۹  خالص در دمای بحرانی حدود ۴۵۰ کلوین دچار یک گذار دینامیکی- ساختاری می شود که با تغییر روش انتشار روی از موضعی به مشارکتی، افزایش دوبرابری انرژی فعال سازی انتشار از ۴۲ به ۸۵ کیلوژول بر مول و کاهش ۳۶ درصدی مدول یانگ همراه است. آلایش ۵ درصد اتمی با کبالت به صورت چشمگیری پایداری را بهبود بخشید. درZIF-۹:Co، پیوندهای Co-N قوی تر و یکنواخت تر بودند، ناهمسانگردی انبساط حرارتی (Δa/Δc) از ۱/۳ به ۶/۲ کاهش یافت و انرژی فعال سازی انتشار به ۸۵ کیلوژول بر مول افزایش یافت. همچنین، نرخ کاهش مدول یانگ با دما از ۳۶ درصد به ۲۷ درصد بهبود یافت. در مقابل، آلایش با مس تاثیرات متوسط تری داشت. این یافته ها نشان می دهد که مهندسی مراکز فلزی از راه آلایش هدفمند، راهکاری موثر برای طراحی چارچوب های ZIF پایدارتر برای کاربردهای دما-بالا مانند کاتالیز و جداسازی گاز است.

کلیدواژه ها:

ZIF-۹ ، پایداری حرارتی ، دینامیک مولکولی ، آلایش فلزی ، ویژگی های مکانیکی