熱すぎて手に負えない:ピット工学部の新しい研究で、有機金属骨格の熱伝導性を検証 (Too hot to handle:A new Pitt Engineering study tests the thermal conductivity of metal organic frameworks)

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2023-01-26 ピッツバーグ大学

◆有機金属骨格(MOF)は、レゴのようなものです。MOFはレゴのようなもので、簡単につなげることができるのに、非常に高度な構造をつくることができる。このような構造体は、空気中の有毒ガスをろ過したり、天然ガスや水素ガスエンジンの燃料を貯蔵したりするのに利用することができる。
◆ピッツバーグ大学スワンソン工学部の新しい研究によると、MOFはガスを吸い込むと著しく発熱し、熱くなりすぎると機能しなくなることがわかりました。
◆研究チームは、1万種類以上のMOFの熱伝導率を計算機上でスクリーニングし、100万時間以上のスーパーコンピューティングパワーを必要とした。その結果、密度が高く、孔が小さく、金属ノードが4つつながっているMOFは、熱伝導性が高いことがわかった。一方、孔が極端に大きいものは熱伝導性が低い。
◆ピッツバーグ大学、カリフォルニア大学バークレー校、カーネギーメロン大学、コロラド鉱山学校の研究者を含むウィルマー氏とその共著者達は、優れた熱特性を持つMOFの設計に焦点を当てています。ウィルマーは、コンピューターシミュレーションを使用してMOFの特性を予測する以前の研究で、広く引用されています。
◆彼らの論文は、最近、npj Computational Materialsに掲載されました。(DOI: 10.1038/s41524-022-00961-x)

<関連情報>

仮想的な有機金属骨格を用いた熱伝導のハイスループット・スクリーニング High-throughput screening of hypothetical metal-organic frameworks for thermal conductivity

Meiirbek Islamov,Hasan Babaei,Ryther Anderson,Kutay B. Sezginel,Jeffrey R. Long,Alan J. H. McGaughey,Diego A. Gomez-Gualdron & Christopher E. Wilmer
npj Computational Materials  Published:20 January 2023
DOI:https://doi.org/10.1038/s41524-022-00961-x

熱すぎて手に負えない:ピット工学部の新しい研究で、有機金属骨格の熱伝導性を検証 (Too hot to handle:A new Pitt Engineering study tests the thermal conductivity of metal organic frameworks)

Abstract

Thermal energy management in metal-organic frameworks (MOFs) is an important, yet often neglected, challenge for many adsorption-based applications such as gas storage and separations. Despite its importance, there is insufficient understanding of the structure-property relationships governing thermal transport in MOFs. To provide a data-driven perspective into these relationships, here we perform large-scale computational screening of thermal conductivity k in MOFs, leveraging classical molecular dynamics simulations and 10,194 hypothetical MOFs created using the ToBaCCo 3.0 code. We found that high thermal conductivity in MOFs is favored by high densities (> 1.0 g cm−3), small pores (< 10 Å), and four-connected metal nodes. We also found that 36 MOFs exhibit ultra-low thermal conductivity (< 0.02 W m−1 K−1), which is primarily due to having extremely large pores (~65 Å). Furthermore, we discovered six hypothetical MOFs with very high thermal conductivity (> 10 W m−1 K−1), the structures of which we describe in additional detail.

0500化学一般
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