Theoretical Investigation of Volatile Iodine Adsorption onto COF-103

doi:10.7503/cjcu20230401

Abstract

Abstract:

In the paper， by combining periodic density functional theory（DFT） and grand canonical Monte Carlo（GCMC） calculations， the adsorption of volatile iodine（I₂） onto covalent organic framework（COF-103） was systematically investigated， including the interaction mechanisms and the influence of potential contaminants towards iodine adsorption. These potential contaminants included gaseous oxides， chlorides， and volatile organic compounds. It’s found that I₂ prefers to be adsorbed above the carbon atoms of the phenyl ring in vertical mode. Furthermore， the long-range dispersion interaction plays an important role in I₂ adsorption onto COF-103， which could contribute up to 46% to the adsorption energy. There is a little charge transfer between I₂ and COF-103， and secondary bonds with weak covalent interactions may also be formed. Among all contaminants， benzene has the largest adsorption energy and heat， which indicates the strongest affinity with COF-103. Moreover， benzene could occupy the adsorption site of I₂， thus leading to a significant decrease in iodine loading. This work could aid in understanding the interaction mechanisms between volatile iodine and COFs with boron-based linkage and conduce to screening and designing better sorbents for radioiodine capture.

Key words: Volatile iodine adsorption, Covalent organic framework, First-principle, Grand canonical Monte Carlo

CLC Number:

O641

TrendMD:

TONG Dayin, ZHAO Yaolin, WANG Yuqi, HAN Zitong, WANG Jie, ZHANG Jun, YU Chenxi. Theoretical Investigation of Volatile Iodine Adsorption onto COF-103[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(1): 20230401.

Figures/Tables 11

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Site	E_ads/eV	ΔE_disp/eV（proportion）	d（I—I）/nm	d（I—C）/nm	d（I—B）/nm	d（I—O）/nm	d（I—Si）/nm
S	-0.70	-0.32（46%）	0.269	0.337/0.425			0.452/0.575
P_BC	-0.66	-0.29（44%）	0.269	0.398	0.382	0.397/0.399
P_BO	-0.63	-0.26（41%）	0.268		0.369	0.387
P_CC	-0.63	-0.29（46%）	0.268	0.397/0.399/0.405
V_B	-0.69	-0.22（32%）	0.271	0.315	0.335	0.383/0.387
V_C1	-0.72	-0.25（35%）	0.271	0.321/0.331/0.365	0.367
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Contaminant	E_ads（B₃O₃ ring）/eV	E_ads（Phenyl ring）/eV	Contaminant	E_ads（B₃O₃ ring）/eV	E_ads（Phenyl ring）/eV
C₆H₆	-0.74	-0.72	C₂H₆	-0.56	-0.59
C₂H₅OH	-0.65	-0.60	Cl₂	-0.55	-0.56
H₂O	-0.57	-0.61	NO	-0.48	-0.54
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CH₃Cl	-0.58	-0.60	CH₄	-0.52	-0.50