Framework flexibility and mass transport properties of porous materials

Abstract

Title: Framework flexibility and mass transport properties of porous materials Author: Bc. Tomáš Volný Department: Department of Chemical Physics and Optics Supervisor: RNDr. Ota Bludský, CSc., Institute of Organic Chemistry and Biochemistry of the CAS Abstract: The effects of framework flexibility on slow diffusion in porous materials were systematically studied using chabazite zeolite as a model system. Diffusion coefficients for a series of hydrocarbons (C1-C4) were calculated using transition state theory (TST) and refined through a QM-MM correction scheme. The corrected theoretical predictions were validated against experimental data obtained from volumetric and gravimetric measurements. Different types of framework flexibility - geometry-induced, temperature-induced, and guest-induced effects - were analyzed and their influence on diffusion coefficients assessed. It was found that framework deformation plays a crucial role, particularly for larger hydrocarbons. The study demonstrated that theoretically predicted diffusion coefficients qualitatively reproduce experimental trends. The developed methodology provides a consistent framework for studying slow diffusion processes and can be extended to more complex materials, such as zeolites with framework defects, MOFs, or ZIFs. Keywords: porous materials,...

Název práce: Strukturní flexibilita a její vliv na transport hmoty v porézních materiálech Autor: Bc. Tomáš Volný Katedra: Katedra chemické fyziky a optiky Vedoucí diplomové práce: RNDr. Ota Bludský, CSc., Ústav organické chemie a biochemie AV ČR Abstrakt: V této práci byly systematicky studovány účinky strukturní flexibility na pomalou difuzi v porézních materiálech za použití zeolitu chabazite jako modelového systému. Difuzní koeficienty pro sérii uhlovodíků byly vypočteny pomocí teorie tranzit- ního stavu (TST) a dále opraveny pomocí korekčního schématu QM-MM. Opravené teoretické predikce byly ověřeny porovnáním s experimentálními daty získanými pomocí volumetrie a gravimetrie. Různé typy flexibility struktury a jejich vliv na difuzní mecha- nismy byly analyzovány -- geometrické, teplotní a vyvolané adsorbovanými molekulami. Bylo zjištěno, že deformace struktury hrají zásadní roli, zejména pro větší uhlovodíky. Studie ukázala, že teoreticky predikované difuzní koeficienty kvalitativně odpovídají experimentálním trendům. Vyvinutá metodologie poskytuje konzistentní rámec pro studium pomalé difuze a může být rozšířena na komplexnější materiály, jako jsou zeolity se strukturními defekty, MOF nebo ZIF materiály. Klíčová slova: porézní materiály, zeolity, pomalá difuze, strukturní flexibilita, QM-MM korekce