סינתזה של מסגרות מתכת-אורגניות חד-גבישיות

Summary

כאן, אנו מדגימים פרוטוקול לסינתזה דו-שלבית של קליפות ליבה חד-גבישיות באמצעות זוג מסגרת מתכתית-אורגנית לא איזוסטרוקטורלית (MOF), HKUST-1 ו-MOF-5, שיש להם סריגי גבישים תואמים היטב.

Abstract

בשל יכולת התכנון שלהן והשפעותיהן הסינרגטיות חסרות התקדים, מסגרות מתכת-אורגניות (MOFs) של מעטפת ליבה נבחנו לאחרונה באופן פעיל. עם זאת, הסינתזה של MOFs מעטפת ליבה חד-גבישית היא מאתגרת מאוד, ולכן דווח מספר מוגבל של דוגמאות. כאן, אנו מציעים שיטה של סינתזה של פגזי ליבה HKUST-1@MOF-5 חד-גבישיים, שהיא HKUST-1 במרכז MOF-5. באמצעות האלגוריתם החישובי, זוג MOFs זה נחזה להיות בעל פרמטרי סריג תואמים ונקודות חיבור כימיות בממשק. כדי לבנות את מבנה מעטפת הליבה, הכנו את גבישי HKUST-1 בצורת אוקטהדרל וקובייה כ-MOF ליבה, שבו נחשפו בעיקר הפאות (111) וה-(001), בהתאמה. באמצעות התגובה הרציפה, פגז MOF-5 גדל היטב על פני השטח החשופים, והראה ממשק חיבור חלק, שהביא לסינתזה מוצלחת של HKUST-1@MOF-5 חד-גבישי. היווצרות הפאזה הטהורה שלהם הוכחה על ידי תמונות מיקרוסקופיות אופטיות ותבניות עקיפה של קרני רנטגן אבקה (PXRD). שיטה זו מציגה את הפוטנציאל והתובנות של סינתזת מעטפת ליבה חד-גבישית עם סוגים שונים של MOFs.

Introduction

MOF-on-MOF הוא סוג של חומר היברידי הכולל שתי מסגרות מתכת-אורגניות שונות או יותר (MOFs)^1,2,3. בשל השילובים האפשריים השונים של מרכיבים ומבנים, MOF-on-MOFs מספקים חומרים מרוכבים חדשניים מגוונים עם תכונות יוצאות דופן, שלא הושגו ב- MOFs בודדים, ומציעים פוטנציאל גדול ביישומים רבים ^4,5,6. בין הסוגים השונים של MOF-on-MOFs, מבנה מעטפת ליבה שבו MOF אחד מקיף את השני יש את היתרון של אופטימיזציה של המאפיינים של שני MOFs על ידי תכנון מערכת משוכללת יותר 5,6,7,8,9,10.

Protocol

זהירות: לפני ביצוע הניסוי, קרא והבן ביסודיות את גיליונות נתוני בטיחות החומרים (MSDS) של הכימיקלים המשמשים בפרוטוקול זה. לבשו ציוד מגן מתאים. השתמש במכסה אדים לכל הליכי הסינתזה.

1. סינתזה של HKUST-1 מעוקב

הערה: הליך הניסוי התבסס על שיטה¹⁴ שדווחה בעבר. עבור סינתזת קליפת הליבה, 10 סירים סונתזו בכל פעם. לכן, 10 סירים של הפתרון הוכנו בפעם אחת ולאחר מכן חולקו.

1. הוסף 4.72 גרם (20.3 מילימול) של Cu(NO₃)2·2.5H ₂ O לבקבוקErlenmeyer של 100 מ"ל והמיס ב-60 מ"ל של מים נטולי יונים, ותערובת N,N-dimethylformamide (DMF) (1:1, v/v), ....

Results

על פי שני המבנים המחושבים של מערכת מעטפת הליבה HKUST-1@MOF-5¹⁴, הן במישור (001) והן במישור (111), אתרי Cu מצמתי המתכת של HKUST-1 ואתרי החמצן מהקרבוקסילטים של MOF-5 תואמים היטב כנקודות החיבור הכימיות בממשק שבין שני MOFs (איור 1). לכן, גבישים מעוקבים ואוקטהדרליים של HKUST-1, שבהם נחשפים המישורים (001) ו-(111), בהתאמה, סונתזו כ-MOFs הליבה לסינתזה של מעטפת ליבה (איור 2). תמונות המיקרוסקופ האופטי חשפו כי גבישי HKUST-1 המסונתזים היו ~ 300 מיקרו.......

Discussion

בפרוטוקול זה סונתזו גבישי HKUST-1 בצורת קובייה ואוקטהדרלית, בהתייחס לשיטה¹⁴ שדווחה בעבר. לסינתזה של HKUST-1, נוספה תמיסת H 3 BTC תוך חימום וערבוב התמיסה של Cu(NO 3)2·2.5H ₂ O כדי למנוע משקעיםשל H₃ BTC ככל שהטמפרטורה ירדה. לאחר מכן, חומצה אצטית נוספה מיד כדי למנוע נוקלציה מהירה ולהבטיח את הצמיחה של גביש יחיד גדול. ברגע שהוציאו את הבקבוקון מהתנור, ליקר האם החם הושלך במהירות כדי למנוע התגבשות נוספת לא רצויה. הגבישים שנוצרו נשטפו באתנול שלוש פעמים.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
חומצה אצטית	DAEJUNG	1002-4400	סינתזה של HKUST-1 (שלבי פרוטוקול 1.4 ו-2.4)
נחושת (II) חנקת המיפנטהידראט	סיגמא אולדריץ'	223395-100G	סינתזה של HKUST-1 (שלבי פרוטוקול 1.1 ו-2.1)
D2 PHASER	Bruker AXS	DOC-B88-EXS017-V3	אבקת עקיפה של קרני רנטגן
פלטה חמה לערבוב דיגיטלי	Thermo Scientific	SP131320-33Q	פלטה חשמלית לחימום וערבוב (שלבי פרוטוקול 1.2 ו-2.2)
מערכת טיהור מים Direct-Q3UV	MILLIPORE	ZRQSVP030	מים נטולי יונים (שלבי פרוטוקול 1.1 ו-2.1)
אלכוהול אתילי נטול מים, 99.9%	DAEJUNG	4023-4100	סינתזה של HKUST-1 (שלבי פרוטוקול 1.2 ו-2.2)
תנור הסעה מאולץ ( OF-02P/PW)	תנור JEIO TECH	EDA8136	לתגובת חימום (שלבי פרוטוקול 1.5, 2.5 ו-3.4)
N,N-diethylformamide	TCI	D0506	סינתזה של HKUST-1@MOF-5 (שלב פרוטוקול 3.1)
N,N'-Dimethylformamide	DAEJUNG	6057-4400	סינתזה של HKUST-1 (שלבי פרוטוקול 1.1 ו-2.1)
מיקרוסקופים סטריאו	Nikon	SMZ745T	מיקרוסקופ אופטי
חומצה טרפתלית	סיגמא אולדריץ'	185361-500G	סינתזה של HKUST-1@MOF-5 (שלב פרוטוקול 3.1)
חומצה טרימזית	סיגמא אולדריץ'	482749-100G	סינתזה של HKUST-1 (שלבי פרוטוקול 1.2 ו-2.2)
מנקה אולטרסאונד	BRANSONIC	CPX-952-338R	סוניקטור עם אמבטיה להמסת תמיסה (פרוטוקול שלב 3.1)
אבץ חנקתי הקסהידראט	סיגמא אולדריץ'	228737-100G	סינתזה של HKUST-1@MOF-5 (שלב פרוטוקול 3.1)