Charge Equilibration Based on Atomic Ionization in Metal–Organic Frameworks
Source abstract
Abstract
In this article, two new charge equilibration methods for estimating atomic partial charges are outlined. These methods are based on expanding the Taylor series used to estimate the ionization energy of each atom about either the formal or atomic charge, allowing for accurate charge estimation in both covalent and ionic materials. A new treatment of hydrogen atoms based on molecular hydrogen is also introduced. To demonstrate their general applicability, these new methods have been applied to the simulation of CO 2 adsorption in metal–organic frameworks. Comparisons with other charge equilibration methods and density functional theory (DFT) calculations show that, of the rapid charge-assigning methods, the algorithm based on atomic ionization best replicates the DFT electrostatic potential and provides the most accurate estimation of CO 2 adsorption.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Metal-Organic Frameworks: Synthesis and Applications · Carbon Dioxide Capture Technologies · Ionic liquids properties and applications
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
CRC for Greenhouse Gas Technologies, School of Chemistry, Monash University, Melbourne, Victoria 3800, Australia
Funding
Australian Government
References (78)
Show source-provided references
1. Zhou H.-C. · Chem. Rev. · 2012 · 112 · 67310.1021/cr300014x ↗
2. Sumida K. · Chem. Rev. · 2011 · 112 · 72410.1021/cr2003272 ↗
3. Suh M. P. · Chem. Rev. · 2011 · 112 · 78210.1021/cr200274s ↗
4. Getman R. B. · Chem. Rev. · 2011 · 112 · 70310.1021/cr200217c ↗
5. Yang Q. · Chem. Rev. · 2013 · 113 · 826110.1021/cr400005f ↗
6. Gutiérrez-Sevillano J. J. · J. Phys. Chem. C · 2013 · 117 · 1135710.1021/jp401017u ↗
7. Liu Y. · Fuel · 2012 · 95 · 52110.1016/j.fuel.2011.09.057 ↗
8. Wilmer C. E. · Nat. Chem. · 2012 · 4 · 8310.1038/nchem.1192 ↗
9. Frenkel D. · 2002 · 11110.1016/B978-012267351-1/50007-9 ↗
10. Rappé A. K. · J. Am. Chem. Soc. · 1992 · 114 · 1002410.1021/ja00051a040 ↗
11. Mayo S. L. · J. Phys. Chem. · 1990 · 94 · 889710.1021/j100389a010 ↗
12. Potoff J. J. · AIChE J. · 2001 · 47 · 167610.1002/aic.690470719 ↗
13. Jorgensen W. L. · J. Am. Chem. Soc. · 1996 · 118 · 1122510.1021/ja9621760 ↗
14. Xu Q. · J. Phys. Chem. C · 2010 · 114 · 503510.1021/jp910522h ↗
15. Zheng C. · J. Phys. Chem. C · 2010 · 114 · 994510.1021/jp102409a ↗
16. Sevillano J. J. G. · J. Phys. Chem. C · 2012 · 117 · 46610.1021/jp3107167 ↗
17. Francl M. M. · Rev. Comput. Chem. · 2007 · 14 · 1
18. Mulliken R. S. · J. Chem. Phys. · 1955 · 23 · 183310.1063/1.1740588 ↗
19. Manz T. A. · J. Chem. Theory Comput. · 2010 · 6 · 245510.1021/ct100125x ↗
20. Breneman C. M. · J. Comput. Chem. · 1990 · 11 · 36110.1002/jcc.540110311 ↗
21. Campañá C. · J. Chem. Theory Comput. · 2009 · 5 · 286610.1021/ct9003405 ↗
22. Chen D.-L. · J. Phys. Chem. A · 2010 · 114 · 1022510.1021/jp103944q ↗
23. Watanabe T. · J. Phys. Chem. C · 2011 · 115 · 482410.1021/jp201075u ↗
24. Bader R. F. W. · 1994
25. Bader R. F. W. · Chem. Rev. · 1991 · 91 · 89310.1021/cr00005a013 ↗
26. Henkelman G. · Comput. Mater. Sci. · 2006 · 36 · 35410.1016/j.commatsci.2005.04.010 ↗
27. Manz T. A. · J. Chem. Theory Comput. · 2012 · 8 · 284410.1021/ct3002199 ↗
28. Vanpoucke D. E. · J. Comput. Chem. · 2013 · 34 · 40510.1002/jcc.23088 ↗
29. Oliferenko A. A. · Adv. Quantum Chem. · 2006 · 51 · 13910.1016/S0065-3276(06)51004-4 ↗
30. Sanderson R. T. · Science · 1951 · 114 · 67010.1126/science.114.2973.670 ↗
31. Bultinck P. · J. Phys. Chem. A · 2002 · 106 · 788710.1021/jp0205463 ↗
32. Bultinck P. · J. Chem. Inf. Comput. Sci. · 2002 · 43 · 42210.1021/ci0255883 ↗
33. Rappé A. K. · J. Phys. Chem. · 1991 · 95 · 335810.1021/j100161a070 ↗
34. Ramachandran S. · J. Phys. Chem. · 1996 · 100 · 589810.1021/jp952864q ↗
35. Wilmer C. E. · J. Phys. Chem. Lett. · 2012 · 3 · 250610.1021/jz3008485 ↗
36. Wilmer C. E. · Chem. Eng. J. · 2011 · 171 · 77510.1016/j.cej.2010.10.035 ↗
37. Haldoupis E. · J. Am. Chem. Soc. · 2012 · 134 · 431310.1021/ja2108239 ↗
38. Kadantsev E. S. · J. Phys. Chem. Lett. · 2013 · 4 · 305610.1021/jz401479k ↗
39. Vanpoucke D. E. P. · J. Comput. Chem. · 2013 · 34 · 40510.1002/jcc.23088 ↗
40. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Mennucci, B.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Caricato, M.; Li, X.; Hratchian, H. P.; Izmaylov, A. F.; Bloino, J.; Zheng, G.; Sonnenberg, J. L.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Vreven, T.; Montgomery, J. A., Jr.; Peralta, J. E.; Ogliaro, F.; Bearpark, M.; Heyd, J. J.; Brothers, E.; Kudin, K. N.; Staroverov, V. N.; Keith, T.; Kobayashi, R.; Normand, J.; Raghavachari, K.; Rendell, A.; Burant, J. C.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Cossi, M.; Rega, N.; Millam, J. M.; Klene, M.; Knox, J. E.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Martin, R. L.; Morokuma, K.; Zakrzewski, V. G.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Farkas, Ö.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cioslowski, J.; Fox, D. J.Gaussian 09, revision D.01;Gaussian, Inc.:Wallingford, CT, 2010.
41. Oda A. · Chem. Phys. Lett. · 2010 · 495 · 15510.1016/j.cplett.2010.06.078 ↗
42. Oda A. · J. Mol. Struct. (THEOCHEM) · 2003 · 634 · 15910.1016/S0166-1280(03)00338-5 ↗
43. Chen J. · J. Chem. Phys. · 2008 · 129 · 21411310.1063/1.3021400 ↗
44. DasGupta A. · Theor. Chim. Acta · 1974 · 35 · 32910.1007/BF00548482 ↗
45. Karasawa N. · J. Phys. Chem. · 1989 · 93 · 732010.1021/j100358a012 ↗
46. Fennell C. J. · J. Chem. Phys. · 2006 · 124 · 23410410.1063/1.2206581 ↗
47. Wilmer C. E. · Energy Environ. Sci. · 2012 · 5 · 984910.1039/c2ee23201d ↗
48. Millward A. R. · J. Am. Chem. Soc. · 2005 · 127 · 1799810.1021/ja0570032 ↗
49. Liang Z. · Energy Fuels · 2009 · 23 · 278510.1021/ef800938e ↗
50. Yazaydin A. O. · Chem. Mater. · 2009 · 21 · 142510.1021/cm900049x ↗
51. Liu J. · J. Phys. Chem. C · 2007 · 111 · 930510.1021/jp071449i ↗
52. Jose M. S. · J. Phys.: Condens. Matter · 2002 · 11 · 2745
53. Perdew J. P. · Phys. Rev. Lett. · 1996 · 77 · 386510.1103/PhysRevLett.77.3865 ↗
54. Grimme S. · J. Comput. Chem. · 2006 · 27 · 178710.1002/jcc.20495 ↗
55. Materials Studio 7.0;Accelrys:San Diego, CA, 2014.
56. Roy L. E. · J. Chem. Theory Comput. · 2008 · 4 · 102910.1021/ct8000409 ↗
57. Snurr R. Q. · J. Phys. Chem. · 1993 · 97 · 1374210.1021/j100153a051 ↗
58. Ghosh D. C. · Int. J. Quantum Chem. · 2011 · 111 · 193110.1002/qua.22499 ↗
59. Islam N. · Int. J. Quantum Chem. · 2010 · 111 · 355610.1002/qua.22861 ↗
60. Ghosh D. C. · Int. J. Quantum Chem. · 2010 · 110 · 120610.1002/qua.22202 ↗
61. Dickey A. N. · Can. J. Chem. Eng. · 2012 · 90 · 82510.1002/cjce.20700 ↗
62. Chen L. · J. Phys. Chem. C · 2012 · 116 · 1889910.1021/jp3062527 ↗
63. Fang H. · J. Mater. Chem. A · 2014 · 2 · 27410.1039/C3TA13073H ↗
64. Gravetter F. · 2013
65. Caskey S. R. · J. Am. Chem. Soc. · 2008 · 130 · 1087010.1021/ja8036096 ↗
66. Bae Y.-S. · Langmuir · 2008 · 24 · 859210.1021/la800555x ↗
67. Navarro J. A. R. · Inorg. Chem. · 2006 · 45 · 239710.1021/ic060049r ↗
68. Min Wang Q. · Microporous Mesoporous Mater. · 2002 · 55 · 21710.1016/S1387-1811(02)00405-5 ↗
69. Banerjee R. · J. Am. Chem. Soc. · 2009 · 131 · 387510.1021/ja809459e ↗
70. Simmons J. M. · Energy Environ. Sci. · 2011 · 4 · 217710.1039/c0ee00700e ↗
71. Kim J. · J. Mater. Chem. · 2011 · 21 · 307010.1039/c0jm03318a ↗
72. Demessence A. · J. Am. Chem. Soc. · 2009 · 131 · 878410.1021/ja903411w ↗
73. Banerjee R. · Science · 2008 · 319 · 93910.1126/science.1152516 ↗
74. Liang Z. · Microporous Mesoporous Mater. · 2010 · 132 · 30510.1016/j.micromeso.2009.11.026 ↗
75. Llewellyn P. L. · J. Phys. Chem. C · 2012 · 117 · 96210.1021/jp308525k ↗
76. Furukawa H. · J. Am. Chem. Soc. · 2009 · 131 · 887510.1021/ja9015765 ↗
77. Saha D. · Environ. Sci. Technol. · 2010 · 44 · 182010.1021/es9032309 ↗
78. Yazaydin A. O. · J. Am. Chem. Soc. · 2009 · 131 · 1819810.1021/ja9057234 ↗