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Artículo de método

Una guía técnica para realizar mediciones espectroscópicas en estructuras metal-orgánicas

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DOI:

10.3791/65072

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28 de abril de 2023

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En este artículo

Resumen

Aquí, utilizamos un estabilizador de polímero para preparar suspensiones de estructura metal-orgánica (MOF) que exhiben una dispersión notablemente disminuida en sus espectros de absorción transitoria y de estado fundamental. Con estas suspensiones MOF, el protocolo proporciona varias pautas para caracterizar los MOF espectroscópicamente para producir datos interpretables.

Resumen

Los marcos metal-orgánicos (MOF) ofrecen una plataforma única para comprender los procesos impulsados por la luz en materiales de estado sólido, dada su alta capacidad de ajuste estructural. Sin embargo, la progresión de la fotoquímica basada en MOF se ha visto obstaculizada por la dificultad de caracterizar espectralmente estos materiales. Dado que los MOF suelen tener un tamaño superior a 100 nm, son propensos a una dispersión excesiva de la luz, lo que hace que los datos de valiosas herramientas analíticas como la absorción transitoria y la espectroscopia de emisión sean casi ininterpretables. Para obtener información significativa de los procesos fotoquímicos y físicos basados en MOF, se debe tener especial consideración para preparar adecuadamente los MOF para mediciones espectroscópicas, así como las configuraciones experimentales que recopilan datos de mayor calidad. Con estas consideraciones en mente, la presente guía proporciona un enfoque general y un conjunto de directrices para la investigación espectroscópica de MOFs. La guía aborda los siguientes temas clave: (1) métodos de preparación de muestras, (2) técnicas espectroscópicas / mediciones con MOF, (3) configuraciones experimentales, (3) experimentos de control y (4) caracterización de estabilidad posterior a la carrera. Con la preparación adecuada de muestras y enfoques experimentales, los avances pioneros hacia la comprensión fundamental de las interacciones luz-MOF son significativamente más alcanzables.

Introducción

Los marcos metal-orgánicos (MOF) están compuestos por nodos de óxido metálico unidos por moléculas orgánicas, que forman estructuras porosas jerárquicas cuando sus partes constituyentes reaccionan juntas en condiciones solvotérmicas1. Los MOF permanentemente porosos se informaron por primera vez a principios de la década de 2000, y desde entonces, el floreciente campo se ha expandido para abarcar una amplia gama de aplicaciones, dada la capacidad de ajuste única de sus componentes estructurales 2,3,4,5,6,7.....

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Protocolo

1. Preparación de suspensiones MOF utilizando un estabilizador polimérico

  1. Pesar 50 mg de polietilenglicol con terminación bis-amino (PNH2, Mn ~1,500) (ver Tabla de materiales) y transferir a un vial de un trago (Tabla de materiales). Pesar 1-5 mg de PCN-222(fb) (ver protocolo sintético11) y colocarlo en el mismo vial con PNH2.
    NOTA: Para lograr las mejores suspensiones MOF posibles, las condiciones sintéticas requeridas para hacer que los tamaños de partícula MOF deben ser iguales o inferiores a 1 μm.
  2. Encuentre un solvente adecuado (si no ....

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Resultados

Los espectros electrónicos de absorción de PCN-222(fb) con y sin PNH2 y filtrado se muestran en la Figura 4. El MOF sin PNH2 fue simplemente sonicado y diluido. Al comparar los dos espectros, la mayor diferencia es la minimización de la dispersión de referencia, que se muestra como una amplia absorción hacia arriba con longitudes de onda decrecientes y también amplía las transiciones electrónicas de manera bastante notable. Para una comparación adicional, el ligando PCN.......

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Discusión

Si bien los resultados y el protocolo anteriores delinean pautas generales para minimizar la dispersión de los MOF en la caracterización espectroscópica, existe una amplia variabilidad en el tamaño y la estructura de las partículas MOF que afecta los resultados espectroscópicos y, por lo tanto, difumina los métodos de interpretación. Para ayudar a aclarar la interpretación y aliviar la tensión que conlleva el análisis de datos espectroscópicos MOF, es clave encontrar un procedimiento para hacer que los MOF sean lo más pe.......

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Divulgaciones

Los autores declaran que no hay intereses contrapuestos.

Agradecimientos

Este trabajo fue apoyado por el Departamento de Energía bajo la Subvención DE-SC0012446.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Soporte de muestra para cubeta de 1 cm (SM1)Edinburgh Instrumentsn/aContactar empresa
Jeringas desechables de 1 mLEXELINT26044
Jeringas desechables de 10 mLEXELINT26252
Viales de 1 dramFisherSciCG490001
filtros de jeringa de 20 nmVWR28138-005Los filtros son fabricados por Whatman/Cytiva, y su número de catálogo es 6809-1002
Filtros de jeringa de 200 nmCytiva, Whatman6784-1302
Espectrofotómetro de absorciónAgilent Espectrofotómetro Cary 5000Contactar empresa
Acetronitrilo (ACN)FisherSciAA36423
ArLinde/PraxAirP-4563
bis polietilenglicol (PNH2) aminoterminado en aminoácidosSigma-Aldrich 452572Agente de suspensión MOF Montaje de muestra de
sujeción para nsTA (SM2)Sistemas ultrarrápidosn/aContactar empresa
Lente cóncava para telescopio(CCL1)ThorlabsLD1613-A-ML
Lente convexa para telescopio (CVL1)ThorlabsLA1708-A-ML
Célula óptica personalizada de 1 cm con junta exterior 24/40QuarkGlassQSE-1Q10-2440 (Spectrosil Cat #1-Q-10Solicitamos que la célula de 1 cm tuviera una unión
Célula óptica personalizada de 2 mm con junta exterior 14/20QuarkGlassQSE-1Q2-1420 (Spectrosil Cat # 1- Q-2)Solicitamos que la celda de 2 mm tuviera una junta
Dimetilformamida (DMF)FisherSciD119
Dye laser (Nd:YAG bombeado) para una salida de 415 nmSirahCobraStretch
Dye laser dye, Exalite 417Luxottica4170
Femtosecond laserCoherentAstrella
Fluorimeter Photon Technology Inc. (Horiba)QuantaMaster QM-200-4E
Lámpara de arco fluorímetro, 75 WNewport6251NS
Fluorímetro PMTHamamatsu1527
Software de fluorímetroPTI/HoribaFelixGX
Fluorímetro TCSPC MóduloBecker & Hickl GmbHMonturas de lente PMH-100
para telescopioThorlabsLMR1
Agujas de purga largasSTERiJECTPRE-22100
Agitador magnéticoUltrafast Systemsn/aContactar empresa
espejo 1 (MM1) 350-700 nmNewport10Q20BB.1 MM1
monturaThorlabsKM100
MM1 posteThorlabsTR2
MM1 soporte de posteThorlabsPH1.5
MM2 monturaThorlabsMFM05
MM2,3 espejosThorlabsBB03-E02
MM2,3 posteThorlabsMS3R
MM2,3 bases de posteThorlabsMBA1
MM2,3 soportesde poste ThorlabsMPH50
MM3ThorlabsMK05
postes de montaje para óptica telescópicaThorlabsTR4
Nanosecond TA Nd:YAG láseresSpectra-PhysicsQuantaRay INDI Nd:YAG
Nanosecond TA spectrómetro EdinburghInstrumentsLP980
nsTA Cámara ICCDOxford InstrumentsAndor iStar Cámara ICCD Contactarcon la empresa
nsTA PMT HamamatsuR928
Amplificador óptico paramétricoSistemas ultrarrápidosApollo
ParafilmFisherSciS37440
Rueda estenopeicaThorlabsPHW16
Base de poste de rueda estenopeicaThorlabsCF125C
Soporte de poste de rueda estenopeicoThorlabsPH1.5
Pinhole Conjunto de poste de rueda/montajeThorlabsNDC-PM
bases de poste para óptica telescópicaThorlabsCF125C
Soportes de poste para óptica telescópicaThorlabsPH4
Detector de potencia para ns TAThorlabsS310C
prisma (P2,3)Edinburgh Instrumentsn/aContactar
Montura de prisma (P1)OWISK50-FGS
prisma (P1)ThorlabsTR4
Base de poste de prisma (P1)ThorlabsCF125C
Soporte de poste de prisma (P1)ThorlabsPH4
Prismas de cuarzo (P1-P3)Newport10SR20
Septos de unión exterior de goma (14/20)VWR89097-540
Exterior de goma septos articulares (24/40)ChemGlassCG-3022-24
Punta de sonicación ProductoBransondescatalogadoLa alternativa más cercana es la punta de 1/8" de diámetro de los filtros ND cuadrados iUltrasonic
ThorlabsNEK01S
Barras agitadorasStarnaCells/FisherSciNC9126395
Detector de potencia Thorlabs para ufTAThorlabsS401C
Medidor de potencia ThorlabsThorlabsPM100D
Sonicador de puntaBransonDigital Sonifer 450, producto descatalogadoLa alternativa más cercana es SFX550 de iUltrasonic
Tygon tubingGrainger8Y589
ufTA ND Rueda de filtroThorlabsNDC-25C-2-A
ufTA ND Montaje de rueda de filtroThorlabsNDC-PM
UFTA ND postede rueda de filtro ThorlabsPH2
ufTA ND base de poste de rueda de filtroThorlabsCF125C
ufTA espejo de alineación de bombaThorlabsPF10-03-F01
Montaje de telescopio TA ultrarrápidoUltrafast Systemsn/aContactar empresa
Espectrómetro de absorción transitoria ultrarrápidoUltrafast SystemsLámpara de sonda de arco HeliosFire
XeOSRAM4050300508788
Tanque de gas Montura Conjunto deempresa Poste de

Referencias

  1. Zhou, H. -C., Long, J. R., Yaghi, O. M. Introduction to metal-organic frameworks. Chemical Reviews. 112 (2), 673-674 (2012).
  2. Li, H., et al. Recent advances in gas storage and separation using metal-organic frameworks. Materials Today. 21 (2), 108-121 (201....

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