מאמר שיטה

גילוי וסינתזה אופטימיזציה של תרכובות מסגרת מתכת-אורגניות מבוססות פוספונטים Isoreticular Al(III) באמצעות שיטות תפוקה גבוהה

DOI:

10.3791/65441

⸱

6 באוקטובר 2023

 ,  , 
1Department of Inorganic Chemistry, Kiel University

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הסינתזה הממוקדת של מסגרות מתכת-אורגניות חדשות (MOFs) היא קשה, וגילוין תלוי בידע וביצירתיות של הכימאי. שיטות תפוקה גבוהה מאפשרות לחקור שדות פרמטרים סינתטיים מורכבים במהירות וביעילות, להאיץ את תהליך מציאת תרכובות גבישיות ולזהות מגמות סינתטיות ומבניות.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

שיטות תפוקה גבוהה (HT) הן כלי חשוב לסינון מהיר ויעיל של פרמטרים של סינתזה וגילוי חומרים חדשים. כתב יד זה מתאר את הסינתזה של מסגרות מתכתיות-אורגניות (MOFs) מתמיסה באמצעות מערכת כור HT, וכתוצאה מכך התגלו MOFs שונים מבוססי פוספונטים של הרכב [Al 2 H12-x(PMP)3]Cl x∙6H2O (H 4 PMP = N,N '-piperazine bis(methylenephosphonic acid)) עבורx =4, 6, המסומן כ- Al-CAU-60-xHCl, המכיל יוני אלומיניום טריוולנטיים. זה הושג בתנאי תגובה סולוותרמית על ידי סינון שיטתי של ההשפעה של היחס המולרי של המקשר למתכת ואת ה- pH של תערובת התגובה על היווצרות המוצר. הפרוטוקול לחקירת HT כולל שישה שלבים: א) תכנון סינתזה (DOE = תכנון ניסוי) במסגרת מתודולוגיית HT, ב) מינון ועבודה עם כורי HT שפותחו בתוך החברה, ג) סינתזה סולבותרמית, ד) עיבוד סינתזה באמצעות בלוקי סינון שפותחו בתוך החברה, ה) אפיון על ידי עקיפה של קרני רנטגן באבקת HT, ו) הערכה של הנתונים. מתודולוגיית HT שימשה לראשונה לחקר השפעת החומציות על היווצרות המוצר, מה שהוביל לגילוי Al-CAU-60∙xHCl (x = 4 או 6).

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מסגרות מתכתיות-אורגניות (MOFs) הן תרכובות נקבוביות גבישיות שהמבנים שלהן מורכבים מצמתים המכילים מתכת, כמו יוני מתכת או צבירי מתכת-חמצן, המחוברים באמצעות מולקולות אורגניות (מקשרים)1. על ידי שינוי הצמתים המכילים מתכת כמו גם המקשר, ניתן לקבל מגוון של תרכובות המציגות מגוון רחב של תכונות ולכן יש יישומים פוטנציאליים בתחומים שונים1.

יציבות החומר חשובה ליישומו 1,2,3. לכן, MOFs המכילים יוני מתכת תלת-או טטרוולנטיים, כגון Al 3+, Cr3+, Ti 4+ או Zr4+, עם מולקולות קישור קר....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

בפרוטוקול זה מתוארת חקירת HT של מערכות כימיות לגילוי חומרים גבישיים חדשים, תוך שימוש ב- Al-CAU-6029 כדוגמה.

1. תכנון ניסוי (DOE)

הערה: הצעד הראשון הוא להגדיר תוכנית סינתזה, אשר דורשת ידע על הגדרת הכור (איור 2), מגיבים וממסים שבהם נעשה שימוש. הליך תכנון הסינתזה הזה מותאם לביצוע 24 או 48 תגובות במסגרת תוכנית זמן טמפרטורה ספציפית, שעבורה רב-מובעי פלדה מתוצרת בית משמשים לביצוע 24 (איור 2A) או 48 תגובות (איור 2B) בבת אחת. הכורים הם תוספות PTFE מתוצרת פנימית עם נפח מגיב/ממס משומש של 1 מ"ל (כו....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

נתוני PXRD מוצגים באיור 9. עבור ההערכה הראשונה, התוצאות המתקבלות קשורות לפרמטרי הסינתזה של מרחב הפרמטרים הנחקר. החקירה בוצעה באמצעות שישה יחסים מולאריים שונים של מקשר למתכת וארבעה יחסים מולאריים שונים של NaOH/HCl ל-Al3+. על-ידי קישור מידע זה עם נתוני PXRD שהתקבלו (איור 9), ניתן לראות כי תוצרים של גבישיות נמוכה התקבלו מסינתזות ביחס מולארי של NaOH:Al 3+ של 1:1 (סדרות A1 עד A6) ובהיעדר NaOH או HCl (סדרות C1 עד C6). זה משתקף על ידי מספר קטן של .......

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

בשל המורכבות של שיטת HT, השלבים האישיים ואת השיטה עצמה נדונים בסעיפים הבאים. החלק הראשון מכסה את השלבים הקריטיים עבור כל שלב עבודה בתהליך העבודה של HT (איור 1), שינויים אפשריים ומגבלות של הטכניקה, היכן שהדבר ישים. בסופו של דבר מוצג דיון כללי הכולל גם את משמעותה של שיטת HT ביחס לשיטות קיימות ויישומים עתידיים.

בשלב הראשון של זרימת העבודה של HT, DOE, יש לבחור היטב את הפרמטרים הרלוונטיים למחקר כדי לקבל מידע מקסימלי על ניסוי מסוים, שכן "ניסוי מתוכנן גרוע ייתן מידע רע .......

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

למחברים אין מה לחשוף.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

העבודה נתמכה על ידי האוניברסיטה הנוצרית-אלברכטס, מדינת שלזוויג-הולשטיין וה-Deutsche Forschungsgemeinschaft (במיוחד STO-643/2, STO-643/5 ו-STO-643/10).

נורברט סטוק רוצה להודות לתלמידי B.Sc, M.Sc והדוקטורט, כמו גם לשותפים לשיתוף הפעולה שביצעו פרויקטים מעניינים רבים תוך שימוש במתודולוגיית התפוקה הגבוהה, ובמיוחד לפרופ' ביין מאוניברסיטת לודוויג-מקסימיליאן במינכן, שמילא תפקיד מרכזי בפיתוח הכורים.

....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
AlCl3· 6H2OGrü ssingN/A99%
בלוק סינון לסינון של מקסימום 48 תערובות תגובהתוצרת ביתN/Aשרטוטים טכניים בקבצים המשלימים
חומצה הידרוכלוריתHoneywell 258148Conc. 37%, p.a.
מולטיקלאב עם 24 תוספות טפלון בודדותתוצרת ביתN/Aשרטוטים טכניים בקבצים המשלימים
N,N '-piperazine bis (חומצה מתילנפוספוניתהוכן על ידי עמיתים לעבודהN/AH4PMP,  הוכן על ידי עמיתים לעבודה בשיטה שדווחה על ידי Villemin et al.: D. Villemin, B. Moreau, A. Elbilali, M.-A. דידי, מ.ה. קייד, פ.-א. Jaffrè s, זרחן גופרית סיליקון Relat. אלם. 2010, 185, 2511.
צלחת לדוגמא עבור PXRDתוצרת ביתN/Aשרטוטים טכניים בקבצים המשלימים
נתרן הידרוקסידGrü ssingN/A99%
Stoe Stadi P CombiSTOEStadi P CombiCu-Kα קרינה של 1 (λ = 1.5406 Å); גיאומטריית שידור; MYTHEN2 גלאי 1K; זווית פתיחה 18°; מעוקל  מונוכרומטור; xy-table
תנור הסעה מאולץMemmertUFP400
N/A

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Kaskel, S. The Chemistry of Metal-Organic Frameworks: Synthesis, Characterization, and Applications. , Wiley-VCH. Weinheim. (2016).
  2. Ding, M., Cai, X., Jiang, H. -L. Improving MOF stability: approaches and applications. Chemical Science. 10 (44), 10209-10230 (2019).....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

MOFs

מאמרים קשורים