Name: Synthese von einkristallinen metallorganischen Kern-Schale-Gerüstverbindungen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-02-10T13:35:00.000+00:00
Duration: 5 min 26 s
Description: Erfahren Sie die zweistufige Synthese einkristalliner Kern-Schale-MOFs aus nicht-isostrukturellen Paaren wie HKUST-1 und MOF-5 mittels Solvothermalsynthese. Diese Methode ermöglicht Materialien für Gasseparation und Katalyse.

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Diese Arbeit wurde durch den Zuschuss der National Research Foundation of Korea (NRF) unterstützt, der vom Wissenschaftsministerium und dem ICP finanziert wird (Nr. NRF-2020R1A2C3008908 und 2016R1A5A1009405).

VORSICHT: Lesen Sie vor der Durchführung des Experiments die Sicherheitsdatenblätter (MSDS) der in diesem Protokoll verwendeten Chemikalien gründlich durch und verstehen Sie sie. Tragen Sie geeignete Schutzausrüstung. Verwenden Sie einen Abzug für alle Syntheseverfahren.
1. Synthese von kubischem HKUST-1
ANMERKUNG: Das experimentelle Verfahren basierte auf einer zuvor berichteten Methode14. Für die Core-Shell-Synthese wurden jeweils 10 Töpfe synthetisiert. Daher wurden 10 Töpfe der Lösung auf einmal zubereitet und dann verteilt.
<ol><li>4,72 g (20,3 mmol) Cu(NO3)2·2,5H2O in einen 100-ml-Erlenmeyerkolben geben und in 60 ml eines deionisierten Wassers (D.I.) und eines Gemisches aus N,N-Dimethylformamid (DMF) (1:1, v/v) unter manuellem Schwenken des Kolbens gelöst.</li>
	<li>1,76 g (8,38 mmol) 1,3,5-Benzoltricarbonsäure (H3BTC) und 22 ml Ethanol werden in einen 50-ml-Erlenmeyerkolben gegeben und die Lösung bei 90 °C auf einer beheizten Kochplatte bis zur Auflösung gerührt.</li>
	<li>6 ml Lösung 1.1 (in Schritt 1.1 hergestellte Lösung) in jede 20-ml-Durchstechflasche geben.</li>
	<li>Unter Rühren und Erhitzen werden 2,2 ml Lösung 1.2 (in Schritt 1.2 hergestellte Lösung) in eine Durchstechflasche mit Lösung 1.1 gegeben und sofort 12 ml Essigsäure zugegeben. HINWEIS: 12 ml Essigsäure sollten auf einmal hinzugefügt werden.</li>
	<li>Schließen Sie den Deckel der Durchstechflasche und stellen Sie sie 60 Stunden lang in einen Umluftofen, der auf 55 °C erhitzt wird.</li>
	<li>Nach 60 Stunden wird die Mutterlauge schnell dekantiert und die Kristalle gewaschen, indem Sie dreimal frisches Ethanol (ausreichendes Volumen zum Füllen der Durchstechflasche) mit einer Pipette hinzufügen und entfernen.</li>
	<li>Für die Kern-Schale-Synthese werden die kubischen Kristalle von HKUST-1 in einem 20-ml-Fläschchen mit dem Lösungsmittel N,N-Diethylformamid (DEF) gelagert.</li>
</ol>2. Synthese von oktaedrischen HKUST-1
<ol><li>4,72 g (20,3 mmol) Cu(NO3)2,5H2O und 30 ml D.I.-Wasser in einem 100-ml-Erlenmeyerkolben vermischen, den Kolben schwenken, um den Feststoff aufzulösen, und nach dem Auflösen 30 ml DMF hinzufügen.</li>
	<li>3,60 g (17,1 mmol)H3BTC werden zu 45 ml Ethanol in einen 100-ml-Erlenmeyerkolben gegeben und die Lösung bei 90 °C auf einer beheizten Kochplatte gerührt, bis sie sich aufgelöst hat.</li>
	<li>6 ml Lösung 2.1 (in Schritt 2.1 hergestellte Lösung) in jede Durchstechflasche mit 50 ml geben.</li>
	<li>Unter Rühren und Erhitzen werden 4,5 ml Lösung 2.2 (in Schritt 2.2 hergestellte Lösung) in eine Durchstechflasche mit Lösung 2.1 gegeben und sofort 12 ml Essigsäure zugegeben. HINWEIS: 12 ml Essigsäure sollten auf einmal ohne Teilung hinzugefügt werden.</li>
	<li>Schließen Sie den Deckel der Durchstechflasche und stellen Sie sie 22 Stunden lang in einen Umluftofen, der auf 55 °C erhitzt wird.</li>
	<li>Nach 22 h wird die Mutterlauge schnell dekantiert und die Kristalle gewaschen, indem Sie dreimal frisches Ethanol mit einer Pipette hinzufügen und entfernen.</li>
	<li>Für die Kern-Schale-Synthese werden oktaedrische Kristalle von HKUST-1 in einem 20-ml-Fläschchen mit DEF-Lösungsmittel aufbewahrt.</li>
</ol>3. Synthese von HKUST-1@MOF-5 Kern-Schale
ANMERKUNG: Die Kern-Schale-Synthesemethode ist sowohl für oktaedrische als auch für kubische HKUST-1 gleich.
<ol><li>0,760 g (2,55 mmol) Zn(NO3)2·6H2Ound 0,132 g (0,795 mmol) Terephthalsäure getrennt in 10 ml DEF in einer 20-ml-Durchstechflasche unter Verwendung eines Ultraschallgeräts.</li>
	<li>Mischen Sie das Gesamtvolumen beider Lösungen in einem 35-ml-Glasgefäß.</li>
	<li>Wiegen Sie die gefilterten HKUST-1-Kristalle (5 mg) schnell ab und geben Sie die Kristalle in das Glasgefäß mit der gemischten Lösung. Um statische Elektrizität zu vermeiden, verwenden Sie zum Wiegen ein Filterpapier. Verschließe das Glas fest mit einer Silikonkappe.</li>
	<li>Nachdem Sie die HKUST-1-Kristalle gut auf dem Boden des Glasgefäßes verteilt haben, stellen Sie das Glas in einen Umluftofen und erhitzen Sie es bei 85 °C für 36 Stunden.</li>
	<li>Nach 36 h wird die Mutterlauge schnell dekantiert und die entstandenen Kristalle durch dreimaliges Hinzufügen und Entfernen von frischem Ethanol mit einer Pipette gewaschen.</li>
</ol>4. Lösungsmittelaustausch von HKUST-1@MOF-5 Kern-Schale
<ol><li>Entsorgen Sie das Lagerlösungsmittel DEF aus der Durchstechflasche mit HKUST-1@MOF-5.</li>
	<li>Geben Sie Dichlormethan (DCM) (Volumen zum Füllen der Durchstechflasche) in die Durchstechflasche und schütteln Sie sie manuell, um einen effektiven Austausch zu gewährleisten.</li>
	<li>Wechseln Sie das DCM-Lösungsmittel 3-4 Mal alle 4 Stunden.</li>
</ol>

<ol><li>Liu, C., Wang, J., Wan, J., Yu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MOF-on-MOF+hybrids%3A+Synthesis+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Coordination+Chemistry+Reviews%22%5BJournal%5D)">MOF-on-MOF hybrids: Synthesis and applications.</a> Coordination Chemistry Reviews. 432, 213743(2021).</li>
<li>Hong, D. H., Shim, H. S., Ha, J., Moon, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MOF-on-MOF+architectures%3A+Applications+in+separation%2C+catalysis%2C+and+sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Bulletin+of+the+Korean+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">MOF-on-MOF architectures: Applications in separation, catalysis, and sensing.</a> Bulletin of the Korean Chemical Society. 42 (7), 956-969 (2021).</li>
<li>Ha, J., Moon, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+MOF-on-MOF+architectures+in+the+context+of+interfacial+lattice+matching%5BTitle%5D)+AND+%22CrystEngComm%22%5BJournal%5D)">Synthesis of MOF-on-MOF architectures in the context of interfacial lattice matching.</a> CrystEngComm. 23 (12), 2337-2354 (2021).</li>
<li>Lee, S., Oh, S., Oh, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atypical+hybrid+metal-organic+frameworks+%28MOFs%29%3A+A+combinative+process+for+MOF-on-MOF+growth%2C+etching%2C+and+structure+transformation%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Atypical hybrid metal-organic frameworks (MOFs): A combinative process for MOF-on-MOF growth, etching, and structure transformation.</a> Angewandte Chemie International Edition. 59 (3), 1327-1333 (2020).</li>
<li>Li, T., Sullivan, J. E., Rosi, N. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+preparation+of+a+core-shell+metal-organic+framework+for+selective+CO2+capture%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Design and preparation of a core-shell metal-organic framework for selective CO2 capture.</a> Journal of the American Chemical Society. 135 (27), 9984-9987 (2013).</li>
<li>Cho, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interface-sensitized+chemiresistor%3A+Integrated+conductive+and+porous+metal-organic+frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Engineering+Journal%22%5BJournal%5D)">Interface-sensitized chemiresistor: Integrated conductive and porous metal-organic frameworks.</a> Chemical Engineering Journal. 449, 137780(2022).</li>
<li>Faustini, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+approach+toward+continuous+and+ultrafast+synthesis+of+metal-organic+framework+crystals+and+hetero+structures+in+confined+microdroplets%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Microfluidic approach toward continuous and ultrafast synthesis of metal-organic framework crystals and hetero structures in confined microdroplets.</a> Journal of the American Chemical Society. 135 (39), 14619-14626 (2013).</li>
<li>Boone, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Designing+optimal+core-shell+MOFs+for+direct+air+capture%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Designing optimal core-shell MOFs for direct air capture.</a> Nanoscale. 14 (43), 16085-16096 (2022).</li>
<li>Yang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((One-step+synthesis+of+hybrid+core-shell+metal-organic+frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+Edition%22%5BJournal%5D)">One-step synthesis of hybrid core-shell metal-organic frameworks.</a> Angewandte Chemie Edition. 57 (15), 3927-3932 (2018).</li>
<li>Kim, S., Lee, J., Jeoung, S., Moon, H. R., Kim, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface-deactivated+core-shell+metal-organic+framework+by+simple+ligand+exchange+for+enhanced+size+discrimination+in+aerobic+oxidation+of+alcohols%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry%22%5BJournal%5D)">Surface-deactivated core-shell metal-organic framework by simple ligand exchange for enhanced size discrimination in aerobic oxidation of alcohols.</a> Chemistry. 26 (34), 7568-7572 (2020).</li>
<li>Koh, K., Wong-Foy, A. G., Matzger, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MOF%40MOF%3A+microporous+core-shell+architectures%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">MOF@MOF: microporous core-shell architectures.</a> Chemical Communications. (41), 6162-6164 (2009).</li>
<li>Luo, T. -Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multivariate+stratified+metal-organic+frameworks%3A+diversification+using+domain+building+blocks%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Multivariate stratified metal-organic frameworks: diversification using domain building blocks.</a> Journal of the American Chemical Society. 141 (5), 2161-2168 (2019).</li>
<li>Tang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+conversion+of+core-shell+metal-organic+frameworks%3A+a+new+method+for+selectively+functionalized+nanoporous+hybrid+carbon%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Thermal conversion of core-shell metal-organic frameworks: a new method for selectively functionalized nanoporous hybrid carbon.</a> Journal of the American Chemical Society. 137 (4), 1572-1580 (2015).</li>
<li>Kwon, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Computer-aided+discovery+of+connected+metal-organic+frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Computer-aided discovery of connected metal-organic frameworks.</a> Nature Communications. 10 (1), 3620(2019).</li>
<li>Yuan, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stable+metal-organic+frameworks%3A+Design%2C+synthesis%2C+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Stable metal-organic frameworks: Design, synthesis, and applications.</a> Advanced Materials. 30 (37), 1704303(2018).</li>
<li>Feng, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Uncovering+two+principles+of+multivariate+hierarchical+metal-organic+framework+synthesis+via+retrosynthetic+design%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Central+Science%22%5BJournal%5D)">Uncovering two principles of multivariate hierarchical metal-organic framework synthesis via retrosynthetic design.</a> ACS Central Science. 4 (12), 1719-1726 (2018).</li>
<li>Furukawa, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heterogeneously+hybridized+porous+coordination+polymer+crystals%3A+fabrication+of+heterometallic+core-shell+single+crystals+with+an+in-plane+rotational+epitaxial+relationship%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Heterogeneously hybridized porous coordination polymer crystals: fabrication of heterometallic core-shell single crystals with an in-plane rotational epitaxial relationship.</a> Angewandte Chemie International Edition. 48 (10), 1766-1770 (2009).</li>
<li>Guo, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+core-shell+ZIF-67%40Co-MOF-74+catalyst+with+controllable+shell+thickness+and+enhanced+photocatalytic+activity+for+visible+light-driven+water+oxidation%5BTitle%5D)+AND+%22CrystEngComm%22%5BJournal%5D)">Synthesis of core-shell ZIF-67@Co-MOF-74 catalyst with controllable shell thickness and enhanced photocatalytic activity for visible light-driven water oxidation.</a> CrystEngComm. 20 (47), 7659-7665 (2018).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts zu verraten.

In diesem Protokoll wurden kubisch- und oktaederförmige HKUST-1-Kristalle synthetisiert, was sich auf eine zuvor beschriebene Methode14 bezieht. Für die Synthese von HKUST-1 wurde H3BTC-Lösung zugegeben, während die Lösung von Cu(NO3)2·2,5H2O erhitzt undgerührt wurde, um die Ausfällung vonH3BTCbei abnehmender Temperatur zu verhindern. Anschließend wurde sofort Essigsäure zugegeben, um eine schnelle Keimbildung zu verhindern und das Wachstum ei...

MOF-on-MOF ist eine Art Hybridmaterial, das aus zwei oder mehr verschiedenen metallorganischen Gerüstverbindungen (MOFs) besteht1,2,3. Aufgrund der vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten von Bestandteilen und Strukturen bieten MOF-on-MOFs vielfältige neuartige Verbundwerkstoffe mit bemerkenswerten Eigenschaften, die in einzelnen MOFs nicht erreicht wurden, und bieten ein großes Potenzial für viele Anwendungen 4,5,6. Unter den verschiedenen Arten von MOF-on-MOFs hat eine Core-Shell-Struktur, bei der ein MOF ein anderes umgibt, den Vorteil, dass die Eigenschaften beider MOFs optimiert werden, indem ein ausgefeilteres System entworfenwird 5,6,7,8,9,10. Obwohl viele Beispiele für Kern-Schale-MOFs beschrieben wurden, sind einkristalline Kern-Schale-MOFs selten und wurden erfolgreich hauptsächlich aus isostrukturellen Paaren synthetisiert11,12,13. Darüber hinaus wurden nur selten über monokristalline Kern-Schale-MOFs berichtet, die mit nicht-isostrukturellen MOF-Paaren konstruiert wurden, da es schwierig ist, ein Paar auszuwählen, das ein gut abgestimmtes Kristallgitter aufweist3. Um nahtlose Grenzflächen der einkristallinen Kern-Schale-MOFs zu erreichen, sind ein gut abgestimmtes Kristallgitter und chemische Verbindungspunkte zwischen den beiden MOFs entscheidend. Hier wird der chemische Verbindungspunkt als die räumliche Stelle definiert, an der der Linker/Metallknoten eines MOF durch eine Koordinationsbindung auf den Metallknoten/Linker des zweiten MOFs trifft. In unseren früheren Berichten14 wurde der Berechnungsalgorithmus verwendet, um nach optimalen Zielen für die Synthese zu suchen, und sechs vorgeschlagene MOF-Paare wurden erfolgreich synthetisiert.
Diese Arbeit demonstriert ein Protokoll zur Synthese eines einkristallinen Kern-Schale-MOFs eines HKUST-1- und MOF-5-Paares, bei denen es sich um ikonische MOFs handelt, die aus völlig unterschiedlichen Bestandteilen und Topologien bestehen. HKUST-1 wurde als Kern gewählt, da es unter solvothermen Reaktionsbedingungen stabiler ist als MOF-515,16. Da die chemischen Verbindungspunkte zwischen MOF-5 und HKUST-1 sowohl in der (001)- als auch in der (111)-Ebene gut aufeinander abgestimmt sind, wurden kubische und oktaedrische HKUST-1-Kristalle, in denen jede Ebene belichtet ist, als Kern-MOF verwendet. Dieses Protokoll deutet auf die Möglichkeit hin, vielfältigere Kern-Schale-MOFs mit Gitteranpassung zu synthetisieren.

<table><tbody><tr><td>Essigsäure</td><td>DAEJUNG</td><td>1002-4400</td><td>Synthese von HKUST-1 (Protokollschritte 1.4 und 2.4)</td></tr><tr><td>Kupfer(II)-nitrat-Hemipentahydrat</td><td>Sigma Aldrich</td><td>223395-100G</td><td>Synthese von HKUST-1 (Protokollschritte 1.1 und 2.1)</td></tr><tr><td>D2 PHASER</td><td>Bruker AXS</td><td>DOC-B88-EXS017-V3</td><td>Pulver-Röntgenbeugung&nbsp;</td></tr><tr><td>Digitale Rührplatte</td><td>Thermo Scientific</td><td>SP131320-33Q</td><td>Heizplatte zum Erhitzen und Rühren (Protokollschritte 1.2 und 2.2)</td></tr><tr><td>Direkt-Q3UV-Wasseraufbereitungssystem</td><td>MILLIPORE</td><td>ZRQSVP030</td><td>Deionisiertes Wasser (Protokollschritte 1.1 und 2.1)</td></tr><tr><td>Ethylalkohol wasserfrei, 99,9%</td><td>DAEJUNG</td><td>4023-4100</td><td>Synthese von HKUST-1 (Protokollschritte 1.2 und 2.2)</td></tr><tr><td>Umluftofen ( OF-02P/PW)</td><td>JEIO TECH</td><td>EDA8136</td><td>Ofen für die Erhitzungsreaktion (Protokollschritte 1.5, 2.5 und 3.4)</td></tr><tr><td>N,N-Diethylformamid</td><td>TCI</td><td>D0506</td><td>Synthese von HKUST-1@MOF-5 (Protokollschritt 3.1)</td></tr><tr><td>N,N'-Dimethylformamid</td><td>DAEJUNG</td><td>6057-4400</td><td>Synthese von HKUST-1 (Protokollschritte 1.1 und 2.1)</td></tr><tr><td>Stereomikroskope</td><td>Nikon</td><td>SMZ745T</td><td>Optisches Mikroskop&nbsp;</td></tr><tr><td>Terephthalsäure</td><td>Sigma Aldrich</td><td>185361-500G</td><td>Synthese von HKUST-1@MOF-5 (Protokollschritt 3.1)</td></tr><tr><td>Trimesinsäure</td><td>Sigma Aldrich</td><td>482749-100G</td><td>Synthese von HKUST-1 (Protokollschritte 1.2 und 2.2)</td></tr><tr><td>Ultraschallreiniger</td><td>BRANSONIC</td><td>CPX-952-338R</td><td>Ultraschallgerät mit Bad zum Lösen der Lösung (Protokollschritt 3.1)</td></tr><tr><td>Zinknitrathexahydrat</td><td>Sigma Aldrich</td><td>228737-100G</td><td>Synthese von HKUST-1@MOF-5 (Protokollschritt 3.1)</td></tr></tbody></table>

synthese von einkristallinen metallorganischen kern-schale-gerüstverbindungen

Synthesis of Single-Crystalline Core-Shell Metal-Organic Frameworks

Aufgrund ihrer Designierbarkeit und beispiellosen synergistischen Effekte wurden Kern-Schale-Metall-organische Gerüstverbindungen (MOFs) in jüngster Zeit aktiv untersucht. Die Synthese von einkristallinen Kern-Schale-MOFs ist jedoch sehr anspruchsvoll, so dass nur eine begrenzte Anzahl von Beispielen beschrieben wurde. Hier schlagen wir eine Methode zur Synthese von einkristallinen HKUST-1@MOF-5-Kernschalen vor, die HKUST-1 im Zentrum von MOF-5 ist. Durch den Berechnungsalgorithmus wurde vorhergesagt, dass dieses MOF-Paar die übereinstimmenden Gitterparameter und chemischen Verbindungspunkte an der Grenzfläche aufweist. Um die Kern-Schale-Struktur zu konstruieren, präparierten wir die oktaedrischen und kubisch-förmigen HKUST-1-Kristalle als Kern-MOF, in dem hauptsächlich die Facetten (111) bzw. (001) freigelegt wurden. Durch die sequentielle Reaktion wurde die MOF-5-Hülle auf der exponierten Oberfläche gut gezüchtet und zeigte eine nahtlose Verbindungsgrenzfläche, die zur erfolgreichen Synthese von einkristallinem HKUST-1@MOF-5 führte. Ihre reine Phasenbildung wurde durch lichtmikroskopische Aufnahmen und Pulver-Röntgenbeugungsmuster (PXRD) nachgewiesen. Diese Methode stellt das Potenzial und die Einblicke in die einkristalline Kern-Schale-Synthese mit verschiedenen Arten von MOFs dar.

Gemäß den beiden berechneten Strukturen des HKUST-1@MOF-5-Kern-Schale-Systems14 sind sowohl in der (001)- als auch in der (111)-Ebene die Cu-Stellen aus den Metallknoten von HKUST-1 und die Sauerstoffstellen aus den Carboxylaten von MOF-5 als chemische Verbindungspunkte an der Grenzfläche zwischen den beiden MOFs gut aufeinander abgestimmt (Abbildung 1). Daher wurden kubische und oktaedrische Kristalle von HKUST-1, in denen die Ebenen (001) und (111) exponiert sind, a...

In dieser Arbeit demonstrieren wir ein Protokoll für die zweistufige Synthese von einkristallinen Kernschalen unter Verwendung eines nicht-isostrukturellen Metall-organischen Gerüstpaars (MOF), HKUST-1 und MOF-5, die gut aufeinander abgestimmte Kristallgitter aufweisen.

Synthese von einkristallinen metallorganischen Kern-Schale-Gerüstverbindungen

Because of their designability and unprecedented synergistic effects, core-shell metal-organic frameworks (MOFs) have been actively examined recently. ...

Unser Protokoll bietet die Möglichkeit, verschiedene gitterangepasste Kern-Schale-MOFs zu synthetisieren, und kann auf mehrere Paare erweitert werden. Nicht-isostrukturelle MOF-Paare können durch die solvotherme Reaktion mit einer nahtlosen Schnittstelle in einkristalline Kern-Schale-MOFs integriert werden. Durch den Einsatz von MOFs mit unterschiedlichen Pro-Environment-Materialien können Kern-Schale-Materialien für eine effiziente Gastrennung oder katalytische Anwendung entworfen und synthetisiert werden.Zu Beginn werden 4,72 Gramm Kupfernitrat-Hemi-Pentahydrat in einen 100-Milliliter-Erlenmeyerkolben gegeben und in 60 Millilitern deionisiertem Wasser und DMF-Gemisch aufgelöst. Schwenken Sie den Kolben von Hand. Geben Sie sechs Milliliter dieser Lösung in eine 20-Milliliter-Durchstechflasche.Als nächstes werden 1,76 Gramm 1,3,5-Benzoltricarbonsäure und 22 Milliliter Ethanol in einen 50-Milliliter-Erlenmeyerkolben gegeben und die Lösung bei 90 Grad Celsius auf einer erhitzten heißen Platte gerührt, bis sie sich aufgelöst hat. Geben Sie 2,2 Milliliter dieser Lösung in die Durchstechflasche mit der zuvor zubereiteten Lösung und fügen Sie sofort 12 Milliliter Essigsäure hinzu. Schließen Sie den Deckel der Durchstechflasche und stellen Sie sie 60 Stunden lang in einen Umluftofen, der auf 55 Grad Celsius erhitzt wird.Den Mutterschnaps umfüllen. Waschen Sie die Kristalle, indem Sie zuerst frisches Ethanol mit einer Pipette in die Durchstechflasche geben und dann entfernen. Waschen Sie die Kristalle noch zwei weitere Male.Für die Kern-Schale-Synthese werden die kubischen Kristalle von HKUST-1 in einem 20-Milliliter-Fläschchen mit dem Lösungsmittel N, N-Diethylformamid oder DEF gelagert. Geben Sie 0,760 Gramm Zinknitrat-Hexahydrat und 10 Milliliter DEF in ein 20-Milliliter-Fläschchen und lösen Sie es mit einem Ultraschallgerät auf. In ähnlicher Weise lösen Sie 0,132 Gramm Terephthalsäure in 10 Milliliter DEF in einer 20-Milliliter-Durchstechflasche auf.Mischen Sie das Gesamtvolumen beider Lösungen in einem 35-Milliliter-Glasgefäß. Wiegen Sie die gefilterten HKUST-1-Kristalle schnell ab und geben Sie sie in das Glasgefäß mit der gemischten Lösung. Verschließe das Glas fest mit einer Silikonkappe.Nachdem Sie die HKUST-1-Kristalle gut auf dem Boden des Glasgefäßes verteilt haben, stellen Sie das Glas in einen Umluftofen und erhitzen Sie es 36 Stunden lang bei 85 Grad Celsius. Dekantieren Sie die Mutterlauge und waschen Sie die entstandenen Kristalle, indem Sie zuerst frisches DEF in das Glas geben und dann das DEF entfernen. Waschen Sie die Kristalle noch zwei weitere Male.Für den Lösungsmittelaustausch werden das Lagerlösungsmittel und DEF aus der Durchstechflasche mit HKUST-1@MOF-5 entsorgt und Dichlormethan in die Durchstechflasche gegeben. Schütteln Sie es für einen effektiven Austausch manuell und wechseln Sie das Dichlormethanlösungsmittel drei- bis viermal alle vier Stunden. Die rechnerischen Strukturmodelle für das HKUST-1@MOF-5-System auf der Ebene 001 und 111 sind hier dargestellt.In dieser Abbildung sind die lichtmikroskopischen Aufnahmen von kubisch-geformtem HKUST-1, oktaederförmigem HKUST-1 und kubisch- und oktaederförmiger HKUST-1@MOF-5-Kernschale dargestellt. Der HKUST-1-Kristall befindet sich in der Mitte des farblosen MOF-5-Kristalls und verfügt über eine nahtlose Schnittstelle, um eine Kern-Schale-Struktur zu gewährleisten. Fotografien von HKUST-1@MOF-5 in Diethylformamid und Dichlormethan und die entsprechenden optischen Aufnahmen der Kern-Schale MOF mit kubischem und oktaederförmigem HKUST-1 sind hier zu sehen.Die Bilder zeigen die PXRD-Muster von HKUST-1, HKUST-1@MOF-5 mit kubischem und oktaederförmigem HKUST-1 und die simulierten Muster von HKUST-1 und MOF-5. Diese PXRD-Messungen bewiesen die Phasenreinheit des Kern-Schale-Kristalls. Das Glasgefäß wird in den Konvektionsofen gestellt, wo die Expression des Kern-MOF für die Synthese eines einfach gewachsenen Kern-Schale-MOF wichtig ist.PCN-68@MOF-5, UiO-66@MIL-88B und andere können nach diesem Verfahren synthetisiert werden, was bedeutet, dass es auf andere Kern-Schale-Paare erweitert werden kann. Diese Technologie kann einen systematischen Weg zum Entwerfen und Synthetisieren von Core-Shell-MOFs bieten, um die Leistung in einer bestimmten Anwendung zu verbessern.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Chemistry

Chemie

Synthese, Aktivierung und Charakterisierung von absichtlich ausgelegt metall-organischen Gerüstmaterialien ist eine Herausforderung, vor allem, wenn die Bausteine ​​nicht kompatibel sind oder unerwünschte Polymorphe sind thermodynamisch über gewünschte Formen begünstigt. Wir beschreiben, wie Anwendungen von Lösungsmittel-unterstützte Linker Austausch, Pulver-Röntgenbeugung in Kapillaren und Aktivierung über kritischem CO 2 Trocknen, können einige dieser Herausforderungen zu begegnen.

Synthese und Charakterisierung von funktionalisierten Metall-organische Gerüste

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von porösen Hybridtrennmedien vorgestellt, das aus einem makroporösen Polymermonolithen besteht, der innen mit einem mikroporösen Koordinationspolymer mit hoher Oberfläche beschichtet ist.

Vorbereitung hoch poröser Koordinationspolymerbeschichtungen auf makroporösen Monoliths für verbesserte Anreicherung von Phosphopeptiden

Die Umwandlung von trans-Ferulasäure in Vanillin wurde durch heterogene Katalyse erreicht. HKUST-1 wurde in dieser Synthese eingesetzt, und der wesentliche Schritt im katalytischen Prozess war die Erzeugung ungesättigter Metallstellen. Wenn der Katalysator unter Vakuum aktiviert wurde, wurde eine vollständige Vanillinumwandlung (Ausbeute von 95%) erreicht.

HKUST-1 als heterogener Katalysator für die Synthese von Vanillin

Wir stellen eine neuartige mikrofluidische Methode zur Synthese von kovalenten organischen Gerüsten (COFs) vor. Wir zeigen, wie dieser Ansatz zur Herstellung von kontinuierlichen COF-Fasern und auch 2D- oder 3D-COF-Strukturen auf Oberflächen verwendet werden kann.

Mikrofluidische Synthese von kovalenten organischen Frameworks (COFs): Ein Werkzeug zur kontinuierlichen Produktion von COF-Fasern und Direktdruck auf einer Oberfläche

Hier präsentieren wir Ihnen eine ein-Topf, Übergangs-metallfreie Synthese der Thiole und Thioesters aus aromatischen Halogeniden und Natrium Thiomethoxide, gefolgt von der Vorbereitung von Einkristallen aus einem Metall-Dithiolene-Netzwerk mit Thiol-Arten erzeugt in situ aus stabiler und gefügig Thioester.

Synthese von Thiol Baustein für die Kristallisation eines halbleitenden Gyroidal Metall-Schwefel-Rahmens

Eine einfache, reproduzierbare und vielseitigen Ansatz für die Synthese von verwachsenen, polykristallinen Metall-organischen Rahmen Membranen auf eine Vielzahl von unveränderten porösen und nicht porösen unterstützt wird vorgestellt.

Elektrophoretische Kristallisation von ultradünnen Hochleistungs-Metall-organischen Rahmen Membranen

In dieser Arbeit beschreiben wir ein Protokoll für die Synthese von niederwertigen metallorganischen Gerüstverbindungen (LVMOFs) aus niederwertigen Metallen und multitopischen Phosphin-Linkern unter luftfreien Bedingungen. Die resultierenden Materialien haben potenzielle Anwendungen als heterogene Katalysatoren, die homogene Katalysatoren auf niedrigwertiger metallbasierter Basis nachahmen.

Experimentelle Ansätze zur Synthese niederwertiger metallorganischer Gerüstverbindungen aus multitopischen Phosphin-Linkern

Die gezielte Synthese neuer metallorganischer Gerüstverbindungen (MOFs) ist schwierig, und ihre Entdeckung hängt vom Wissen und der Kreativität des Chemikers ab. Hochdurchsatzmethoden ermöglichen die schnelle und effiziente Erforschung komplexer synthetischer Parameterfelder, wodurch der Prozess der Suche nach kristallinen Verbindungen und die Identifizierung synthetischer und struktureller Trends beschleunigt wird.

Entdeckung und Syntheseoptimierung von isoretikulären al(III)-phosphonat-basierten metallorganischen Gerüstverbindungen mit Hochdurchsatzmethoden

Der postsynthetische Ligandenaustausch (PSE) ist ein vielseitiges und leistungsfähiges Werkzeug für den Einbau funktioneller Gruppen in metallorganische Gerüstverbindungen (MOFs). Durch die Exposition von MOFs gegenüber Lösungen, die Triazol- und Tetrazol-funktionalisierte Liganden enthalten, können diese heterozyklischen Einheiten durch PSE-Prozesse in Zr-MOFs eingebaut werden.

Synthese von Triazol- und Tetrazol-funktionalisierten Zr-basierten metallorganischen Gerüstverbindungen durch postsynthetischen Ligandenaustausch

Ein Protokoll für die Synthese und Charakterisierung von selbstorganisierten metallorganischen Gerüst-Monoschichten wird unter Verwendung von polymergepfropften, metallorganischen Gerüstkristallen (MOF) erstellt. Das Verfahren zeigt, dass polymergepfropfte MOF-Partikel an einer Luft-Wasser-Grenzfläche selbstorganisiert werden können, was zu gut geformten, freistehenden Monolagenstrukturen führt, wie die Rasterelektronenmikroskopie zeigt.

Synthese und Charakterisierung von selbstorganisierten metallorganischen Gerüstmonolagen unter Verwendung polymerbeschichteter Partikel

Erfahren Sie die zweistufige Synthese einkristalliner Kern-Schale-MOFs aus nicht-isostrukturellen Paaren wie HKUST-1 und MOF-5 mittels Solvothermalsynthese. Diese Methode ermöglicht Materialien für Gasseparation und Katalyse.

Synthese von einkristallinen metallorganischen Kern-Schale-Gerüstverbindungen

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