Name: סינתזה של מסגרות מתכת-אורגניות חד-גבישיות (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-02-10T13:35:00.000+00:00
Duration: 5 min 26 s
Description: למד סינתזה דו-שלבית של מסגרות מתכת-אורגניות חד-גבישיות מסוג ליבה-קליפה באמצעות תגובה סולבותרמית. השיטה מאפשרת יצירת מבנים MOF עם ממשקים חלקים ליישומים בהפרדת גזים וקטליזה.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

עבודה זו נתמכה על ידי מענק קרן המחקר הלאומית של קוריאה (NRF) במימון משרד המדע וה- ICP (No. NRF-2020R1A2C3008908 ו- 2016R1A5A1009405).

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.
<ol><li>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), תוך ערבול ידני של הבקבוק.</li>
	<li>הוסיפו 1.76 גרם (8.38 מילימול) של חומצה 1,3,5-בנזנטריקרבוקסילית (H3BTC) ו-22 מ"ל אתנול לצלוחית Erlenmeyer במינון 50 מ"ל, וערבבו את התמיסה בטמפרטורה של 90°C על פלטה מחוממת עד להמסה.</li>
	<li>הכניסו 6 מ"ל של תמיסה 1.1 (תמיסה שהוכנה בשלב 1.1) לכל בקבוקון של 20 מ"ל.</li>
	<li>תוך כדי ערבוב וחימום, להוסיף 2.2 מ"ל של תמיסה 1.2 (פתרון מוכן בשלב 1.2) לבקבוקון המכיל תמיסה 1.1, ומיד להוסיף 12 מ"ל של חומצה אצטית. הערה: יש להוסיף 12 מ"ל של חומצה אצטית בבת אחת.</li>
	<li>סגור את מכסה הבקבוקון ומניחים אותו בתנור הסעה שחומם ל 55 מעלות צלזיוס למשך 60 שעות.</li>
	<li>לאחר 60 שעות, רוקנו במהירות את ליקר האם ושטפו את הגבישים על ידי הוספה והסרה של אתנול טרי (נפח מספיק כדי למלא את הבקבוקון) שלוש פעמים באמצעות טפטפת.</li>
	<li>עבור סינתזת מעטפת הליבה, אחסן את הגבישים המעוקבים של HKUST-1 בבקבוקון של 20 מ"ל מלא בממס N,N-diethylformamide (DEF).</li>
</ol>2. סינתזה של HKUST-1 אוקטהדרלי
<ol><li>ערבבו 4.72 גרם (20.3 מילימול) של Cu(NO3)2·2.5H 2 O ו-30 מ"ל של מי D.I. בצלוחית ארלנמאייר של 100 מ"ל, ערבבו את הבקבוק כדי להמיס את המוצק, והוסיפו 30 מ"ל DMF לאחר המסתו.</li>
	<li>הוסיפו 3.60 גרם (17.1 מילימול) של H3BTC ל-45 מ"ל אתנול בצלוחית Erlenmeyer בנפח 100 מ"ל, וערבבו את התמיסה בטמפרטורה של 90°C על פלטה מחוממת עד להמסה.</li>
	<li>הכניסו 6 מ"ל של תמיסה 2.1 (תמיסה שהוכנה בשלב 2.1) לכל בקבוקון של 50 מ"ל.</li>
	<li>תוך כדי ערבוב וחימום, מוסיפים 4.5 מ"ל של תמיסה 2.2 (תמיסה שהוכנה בשלב 2.2) לבקבוקון המכיל תמיסה 2.1, ומיד מוסיפים 12 מ"ל חומצה אצטית. הערה: יש להוסיף 12 מ"ל של חומצה אצטית בבת אחת מבלי לחלק.</li>
	<li>סוגרים את מכסה הבקבוקון ומניחים בתנור הסעה שחומם ל 55 מעלות צלזיוס למשך 22 שעות.</li>
	<li>לאחר 22 שעות, רוקנו במהירות את ליקר האם ושטפו את הגבישים על ידי הוספה והסרה של אתנול טרי שלוש פעמים באמצעות טפטפת.</li>
	<li>לסינתזה של מעטפת הליבה, אחסנו גבישים אוקטהדרליים של HKUST-1 בבקבוקון של 20 מ"ל מלא בממס DEF.</li>
</ol>3. סינתזה של מעטפת ליבה HKUST-1@MOF-5
הערה: שיטת סינתזת מעטפת הליבה זהה הן עבור HKUST-1 אוקטהדרלי והן עבור HKUST-1 מעוקב.
<ol><li>להמיס 0.760 גרם (2.55 מילימול) של Zn(NO3)2·6H2O ו- 0.132 גרם (0.795 mmol) של חומצה טרפתלית בנפרד ב- 10 מ"ל של DEF בבקבוקון של 20 מ"ל, באמצעות סוניקטור.</li>
	<li>מערבבים את הנפח הכולל של שתי התמיסות בצנצנת זכוכית של 35 מ"ל.</li>
	<li>שקלו במהירות את גבישי HKUST-1 המסוננים (5 מ"ג), והניחו את הגבישים בצנצנת הזכוכית המכילה את התמיסה המעורבת. כדי למנוע חשמל סטטי, השתמש בנייר סינון כדי לשקול. אטמו היטב את הצנצנת בעזרת מכסה סיליקון.</li>
	<li>לאחר פיזור גבישי HKUST-1 היטב על תחתית צנצנת הזכוכית, מניחים את הצנצנת בתנור הסעה ומחממים ב 85 ° C במשך 36 שעות.</li>
	<li>לאחר 36 שעות, רוקנו במהירות את ליקר האם ושטפו את הגבישים המתקבלים על ידי הוספה והסרה של אתנול טרי שלוש פעמים באמצעות טפטפת.</li>
</ol>4. החלפת ממס של מעטפת ליבה HKUST-1@MOF-5
<ol><li>יש להשליך את ממס האחסון, DEF, מהבקבוקון המכיל HKUST-1@MOF-5.</li>
	<li>הוסיפו דיכלורומתאן (DCM) (נפח למילוי הבקבוקון) לבקבוקון ונערו אותו ידנית להחלפה יעילה.</li>
	<li>שנה את ממס DCM 3-4 פעמים כל 4 שעות.</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>

למחברים אין מה לחשוף.

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...

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. למרות שדווחו דוגמאות רבות של MOFs של מעטפת ליבה, MOFs של מעטפת ליבה חד-גבישית אינם נדירים וסונתזו בהצלחה בעיקר מזוגות איזוסטרוקטורליים11,12,13. יתר על כן, לעתים רחוקות דווח על MOFs של מעטפת ליבה גבישית יחידה שנבנו באמצעות זוגות MOF שאינם איזוסטרוקטורליים, בשל הקושי לבחור זוג המציג סריג גבישי תואם היטב3. כדי להשיג ממשקים חלקים של MOFs מעטפת ליבה גבישית יחידה, סריג גבישי תואם היטב ונקודות חיבור כימיות בין שני MOFs הם קריטיים. כאן, נקודת החיבור הכימי מוגדרת כמיקום המרחבי שבו צומת המקשר/מתכת של MOF אחד פוגש את צומת המתכת/מקשר של ה-MOF השני באמצעות קשר קואורדינציה. בדוחות הקודמים שלנו14, האלגוריתם החישובי שימש לסינון מטרות אופטימליות לסינתזה, ושישה זוגות MOF מוצעים סונתזו בהצלחה.
מאמר זה מדגים פרוטוקול לסינתזה של מעטפת ליבה חד-גבישית MOF של זוג HKUST-1 ו-MOF-5, שהם MOFs איקוניים המורכבים מרכיבים וטופולוגיות שונים לחלוטין. HKUST-1 נבחרה כליבה מכיוון שהיא יציבה יותר מ-MOF-5 בתנאי תגובה סולבותרמית15,16. יתר על כן, מכיוון שנקודות החיבור הכימיות בין MOF-5 ו-HKUST-1 תואמות היטב הן במישור (001) והן במישור (111), גבישי HKUST-1 מעוקבים ואוקטהדרליים שבהם כל מישור חשוף שימשו כליבת MOF. פרוטוקול זה מציע את האפשרות לסנתז MOFs מגוונים יותר של מעטפת ליבה עם התאמת סריג.

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

סינתזה של מסגרות מתכת-אורגניות חד-גבישיות

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

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.

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...

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.

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

הפרוטוקול שלנו מציע את האפשרות של סינתזה של MOFs מגוונים תואמי סריג, מעטפת הליבה, וניתן להרחיב אותו למספר זוגות. ניתן לשלב זוג MOF לא איזוסטרוקטורלי ב-MOFs של מעטפת ליבה גבישית אחת עם ממשק חלק על ידי התגובה הסולבותרמית. על ידי שימוש ב- MOFs עם פרו-סביבה שונים, ניתן לתכנן ולסנתז חומרי מעטפת ליבה להפרדת גזים יעילה או יישום קטליטי.כדי להתחיל, להוסיף 4.72 גרם של נחושת חנקתית hemi-pentahydrate לבקבוק Erlenmeyer 100 מיליליטר ולהמיס 60 מיליליטר של מים deionized ותערובת DMF. מערבלים את הבקבוק ידנית. הכניסו שישה מיליליטר של תמיסה זו לבקבוקון של 20 מיליליטר.לאחר מכן, מוסיפים 1.76 גרם של חומצה 1, 3, 5-benzenetricarboxylic ו 22 מיליליטר אתנול לבקבוק Erlenmeyer 50 מיליליטר, ומערבבים את התמיסה ב 90 מעלות צלזיוס על צלחת חמה מחוממת עד המסה. הוסף 2.2 מיליליטר של פתרון זה לבקבוקון המכיל את הפתרון שהוכן קודם לכן ומיד להוסיף 12 מיליליטר של חומצה אצטית. סגרו את מכסה הבקבוקון והכניסו אותו לתנור הסעה שחומם ל-55 מעלות צלזיוס למשך 60 שעות.דקנט את משקה האם. שטפו את הגבישים על ידי הוספת אתנול טרי לבקבוקון באמצעות טפטפת, ולאחר מכן הסרתו. שטפו את הקריסטלים פעמיים נוספות.עבור סינתזת מעטפת הליבה, אחסן את הגבישים המעוקבים של HKUST-1 בבקבוקון של 20 מיליליטר מלא בממס N, N-Diethylformamide או DEF. הוסיפו 0.760 גרם אבץ חנקתי הקסהידראט ו-10 מיליליטר DEF בבקבוקון של 20 מיליליטר והמיסו אותו באמצעות סוניקטור. באופן דומה, יש להמיס 0.132 גרם של חומצה טרפתלית ב-10 מיליליטר של DEF בבקבוקון של 20 מיליליטר.מערבבים את הנפח הכולל של שתי התמיסות בצנצנת זכוכית של 35 מיליליטר. שקלו במהירות את גבישי HKUST-1 המסוננים והניחו אותם בצנצנת הזכוכית המכילה את התמיסה המעורבת. אטמו היטב את הצנצנת בעזרת מכסה סיליקון.לאחר פיזור גבישי HKUST-1 היטב על תחתית צנצנת הזכוכית, מניחים את הצנצנת בתנור הסעה ומחממים בחום של 85 מעלות למשך 36 שעות. דקרו את ליקר האם ושטפו את הגבישים המתקבלים על ידי הוספת DEF טרי לצנצנת, ולאחר מכן הסרת ה-DEF. שטפו את הגבישים פעמיים נוספות.להחלפת ממס, השליכו את ממס האחסון ואת DEF מהבקבוקון המכיל HKUST-1@MOF-5, והוסיפו דיכלורומתאן לבקבוקון. נערו אותו ידנית להחלפה יעילה והחליפו את ממס הדיכלורומתאן שלוש עד ארבע פעמים כל ארבע שעות. מודלי המבנה החישובי של מערכת HKUST-1@MOF-5 במישור 001 ו-111 מוצגים כאן.תמונות המיקרוסקופ האופטי של HKUST-1 בצורת קובייה, HKUST-1 בצורת אוקטהדרל ומעטפת ליבה בצורת מעוקב ואוקטהדרלי HKUST-1@MOF-5 מוצגות באיור זה. גביש HKUST-1 ממוקם במרכז גביש MOF-5 חסר הצבע, עם ממשק חלק המספק מבנה מעטפת הליבה. תצלומים של HKUST-1@MOF-5 בדיתילפורממיד ודיכלורומתאן והתמונות האופטיות המתאימות של MOF מעטפת הליבות באמצעות HKUST-1 בצורת קוביות ואוקטהדרליות מוצגים כאן.התמונות מייצגות את תבניות PXRD של HKUST-1, HKUST-1@MOF-5 עם HKUST-1 מעוקב ואוקטהדרלי, ואת הדפוסים המדומים של HKUST-1 ו- MOF-5. מדידות PXRD אלה הוכיחו את טוהר הפאזה של גביש מעטפת הליבה. מיקום צנצנת הזכוכית בתנור ההסעה, שם הביטוי של ליבת MOF חשוב לסינתזה של MOF קליפת ליבה יחידה.PCN-68@MOF-5, UiO-66@MIL-88B ואחרים יכולים להיות מסונתזים על ידי ביצוע הליך זה, מה שאומר שהוא ניתן להרחבה לזוגות אחרים של מעטפת הליבה. טכנולוגיה זו יכולה לספק מסלול שיטתי לתכנון וסינתזה של MOFs מעטפת ליבה כדי לשפר את הביצועים ביישום ספציפי.

synthesis-of-single-crystalline-core-shell-metal-organic-frameworks

Research

JoVE Journal

Chemistry

כימיה

סינתזה, הפעלה, ואפיון של חומרי מסגרת מתכת אורגנית במכוון נועדו הוא מאתגרת, במיוחד כאשר אבני בניין הוא הפולימורפים לא תואמים או לא רצויים הם העדיפו thermodynamically על צורות הרצויות. אנו מתארים כיצד יישומים של שער סייע ממס מקשר, עקיפה X-ray אבקה בנימים והפעלה באמצעות CO 2 ייבוש סופר קריטי, יכולים לתת מענה לחלק מהאתגרים האלה.

מסגרות סינתזה ואפיון של פונקציונליות מתכת אורגנית

מוצג הליך להכנת אמצעי הפרדה היברידיים נקבוביים המורכב ממונוליט פולימרי מקרו-נקבובי המצופה פנימית על ידי פולימר קואורדינציה מיקרו-נקבובי בעל שטח פנים גבוה.

הכנת תיאום מאוד נקבובי פולימר ציפויים על מונוליתים פולימר Macroporous להעשרה משופרת של Phosphopeptides

ההמרה של חומצה טרנס-פרולית לוונילין הושגה על ידי קטליזה הטרוגנית. HKUST-1 שימש בסינתזה זו והשלב החיוני בתהליך הקטליטי היה יצירת אתרי מתכת בלתי רוויים. לפיכך, כאשר הזרז הופעל בוואקום, התקבלה המרת ונילין מלאה (תשואה של 95%).

HKUST-1 כמנוף הטרוגניות לסינתזה של ונילין

אנו מציגים שיטה חדשה microfluidic מבוסס סינתזה של מסגרות אורגניות קוולנטיים (COF). אנו מדגימים כיצד גישה זו יכולה לשמש לייצור סיבי COF רציפה, וגם 2D או 3D מבנים COF על משטחים.

Microfluidic מבוסס סינתזה של מסגרות אורגני קוולנטי (COF): כלי לייצור רציף של סיבים COF והדפסה ישירה על משטח

כאן, אנו מציגים אחד-סיר, המעבר-מתכת נטול סינתזה של תיולים ועורר thioesters הלידים ארומטי, נתרן thiomethoxide, ואחריו את הכנת גבישים יחיד של רשת מתכת-dithiolene באמצעות תיול מינים מקומיים בתוך מ thioester צייתן ויציבה יותר.

סינתזה של אבן בניין תיול עבור התגבשויות של מסגרת מתכת Gyroidal-גופרית מוליכים למחצה

גישה פשוטה, הדירים רב-תכליתי לסינתזה של ממברנות מסגרת מתכת-אורגנית polycrystalline intergrown, על מגוון רחב של יאומתו נקבובי ותומך שאינו נקבובי מוצג.

התגבשות electrophoretic של ממברנות זגוגית ביצועים גבוהים מסגרת מתכת-אורגני

במאמר זה אנו מתארים פרוטוקול לסינתזה של מסגרות מתכות-אורגניות בעלות ערך נמוך (LVMOFs) ממתכות בעלות ערכיות נמוכה ומקשרי פוספין רב-נושאיים בתנאים נטולי אוויר. לחומרים המתקבלים יש יישומים פוטנציאליים כחיקוי זרז הטרוגני של זרזים הומוגניים מבוססי מתכת בעלת ערכיות נמוכה.

גישות ניסיוניות לסינתזה של מסגרות מתכת-אורגניות בעלות ערך נמוך ממקשרים רב-נושאיים של פוספין

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.

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

החלפת ליגנדים פוסט-סינתטיים (PSE) היא כלי רב-תכליתי ורב-עוצמה להתקנת קבוצות פונקציונליות במסגרות מתכת-אורגניות (MOFs). חשיפת MOFs לתמיסות המכילות ליגנדות טריאזול וטטרזולים יכולה לשלב את המויאטים ההטרוציקליים הללו ב-Zr-MOFs באמצעות תהליכי PSE.

סינתזה של מסגרות מתכתיות-אורגניות מבוססות Zr מבוססות טריאזול וטטרזול באמצעות חילופי ליגנדים פוסט-סינתטיים

פרוטוקול לסינתזה ואפיון של חד-שכבות מסגרת מתכתית-אורגנית בהרכבה עצמית מסופק באמצעות גבישי מסגרת מתכת-אורגנית (MOF) מושתלים פולימריים. ההליך מראה כי חלקיקי MOF מושתלים פולימריים ניתנים להרכבה עצמית בממשק אוויר-מים וכתוצאה מכך נוצרים מבנים חד-שכבתיים בנויים היטב, העומדים בפני עצמם, כפי שמעידה הדמיית מיקרוסקופ אלקטרונים סורק.

סינתזה ואפיון של חד-שכבות מסגרת מתכת-אורגנית בהרכבה עצמית באמצעות חלקיקים מצופים פולימר

למד סינתזה דו-שלבית של מסגרות מתכת-אורגניות חד-גבישיות מסוג ליבה-קליפה באמצעות תגובה סולבותרמית. השיטה מאפשרת יצירת מבנים MOF עם ממשקים חלקים ליישומים בהפרדת גזים וקטליזה.

סינתזה של מסגרות מתכת-אורגניות חד-גבישיות

גלה סרטונים נוספים