Síntesis de estructuras metal-orgánicas de núcleo monocristalino

Resumen

Aquí, demostramos un protocolo para la síntesis en dos pasos de núcleos monocristalinos utilizando un par de marcos metal-orgánicos (MOF) no isoestructurales, HKUST-1 y MOF-5, que tienen redes cristalinas bien emparejadas.

Resumen

Debido a su capacidad de diseño y a sus efectos sinérgicos sin precedentes, recientemente se han examinado activamente las estructuras metal-orgánicas (MOF) de núcleo-caparazón. Sin embargo, la síntesis de MOF monocristalinos de núcleo-capa es muy desafiante y, por lo tanto, se ha informado de un número limitado de ejemplos. Aquí, sugerimos un método para sintetizar capas de núcleo HKUST-1@MOF-5 monocristalinas, que es HKUST-1 en el centro de MOF-5. A través del algoritmo computacional, se predijo que este par de MOF tenía los parámetros de red y los puntos de conexión química coincidentes en la interfaz. Para construir la estructura núcleo-capa, preparamos los cristales HKUST-1 de forma octaédrica y cúbica como un MOF central, en el que las facetas (111) y (001) estaban principalmente expuestas, respectivamente. A través de la reacción secuencial, la capa MOF-5 estaba bien desarrollada en la superficie expuesta, mostrando una interfaz de conexión perfecta, lo que resultó en la síntesis exitosa de HKUST-1@MOF-5 monocristalino. Su formación de fase pura fue probada por imágenes microscópicas ópticas y patrones de difracción de rayos X en polvo (PXRD). Este método presenta el potencial y los conocimientos de la síntesis de núcleo-capa monocristalina con diferentes tipos de MOF.

Introducción

MOF-on-MOF es un tipo de material híbrido que comprende dos o más estructuras metal-orgánicas (MOF) ^{diferentes1,2,3}. Debido a las diversas combinaciones posibles de constituyentes y estructuras, los MOF sobre MOF proporcionan compuestos novedosos variados con propiedades notables, que no se han logrado en MOF individuales, ofreciendo un gran potencial en muchas aplicaciones ^4,5,6. Entre los diversos tipos de MOF sobre MOF, una estructura núcleo-carcasa en la que un MOF rodea a otro t....

Protocolo

PRECAUCIÓN: Antes de realizar el experimento, lea detenidamente y comprenda las hojas de datos de seguridad de los materiales (MSDS) de los productos químicos utilizados en este protocolo. Use el equipo de protección adecuado. Utilice una campana extractora para todos los procedimientos de síntesis.

1. Síntesis de HKUST-1 cúbico

NOTA: El procedimiento experimental se basó en un método previamente reportado¹⁴. Para la síntesis core-shell, se sintetizaron 10 ollas a la vez. Por lo tanto, se prepararon 10 botes de la solución a la vez y luego se distribuyeron.

1. Añadi....

Resultados

De acuerdo con las dos estructuras calculadas del sistema de núcleo-capa HKUST-1@MOF-5¹⁴, tanto en el plano (001) como en el (111), los sitios de Cu de los nodos metálicos de HKUST-1 y los sitios de oxígeno de los carboxilatos de MOF-5 están bien emparejados como puntos de conexión química en la interfaz entre los dos MOF (Figura 1). Por lo tanto, los cristales cúbicos y octaédricos de HKUST-1, en los que los planos (001) y (111) están expuestos, respectivamente, se s.......

Discusión

En este protocolo, se sintetizaron cristales de HKUST-1 de forma cúbica y octaédrica, haciendo referencia a un método previamente reportado¹⁴. Para la síntesis de HKUST-1, se añadió una solución de H3 BTC mientras se calentaba y agitaba la solución de Cu(NO₃)2·_2,5H2 O paraevitar la precipitación de_H3BTC a medida que disminuía la temperatura. Posteriormente, se añadió ácido acético inmediatamente para evitar una nucleación rápida y asegurar el .......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Ácido acético	DAEJUNG	1002-4400	Síntesis de HKUST-1 (pasos de protocolo 1.4 y 2.4)
Nitrato de cobre (II) hemipentahidratado	Sigma Aldrich	223395-100G	Síntesis de HKUST-1 (pasos de protocolo 1.1 y 2.1)
D2 PHASER	Bruker AXS	DOC-B88-EXS017-V3	Difracción de rayos X en polvo
Placa calefactora de agitación digital	Thermo Scientific	SP131320-33Q	Placa calefactora para calentar y agitar (pasos de protocolo 1.2 y 2.2)
Sistema de purificación de agua Direct-Q3UV	MILLIPORE	ZRQSVP030	Agua desionizada (pasos de protocolo 1.1 y 2.1)
Alcohol etílico anhidro, 99,9%	DAEJUNG	4023-4100	Síntesis de HKUST-1 (pasos de protocolo 1.2 y 2.2)
Horno de convección forzada ( OF-02P/PW)	JEIO TECH EDA8136		Horno para la reacción de calentamiento (pasos de protocolo 1.5, 2.5 y 3.4)
N,N-dietilformamida	TCI	D0506	Síntesis de HKUST-1@MOF-5 (paso de protocolo 3.1)
N,N'-dimetilformamida	DAEJUNG	6057-4400	Síntesis de HKUST-1 (pasos de protocolo 1.1 y 2.1)
Microscopios estereoscópicos	Nikon	SMZ745T	Microscopio óptico
Ácido tereftálico	Sigma Aldrich	185361-500G	Síntesis de HKUST-1@MOF-5 (paso de protocolo 3.1)
Ácido trimésico	Sigma Aldrich	482749-100G	Síntesis de HKUST-1 (pasos de protocolo 1.2 y 2.2)
Limpiador ultrasónico	BRANSONIC	CPX-952-338R	Sonicador con baño para disolver la solución (paso de protocolo 3.1)
Nitrato de zinc hexahidratado	Sigma Aldrich	228737-100G	Síntesis de HKUST-1@MOF-5 (paso de protocolo 3.1)