Qui, utilizziamo uno stabilizzatore polimerico per preparare sospensioni metallo-organica (MOF) che mostrano una dispersione marcatamente ridotta nei loro spettri di assorbimento transitorio e dello stato fondamentale. Con queste sospensioni MOF, il protocollo fornisce varie linee guida per caratterizzare spettroscopicamente i MOF per produrre dati interpretabili.
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Articolo metodologico
Una guida tecnica per l'esecuzione di misure spettroscopiche su strutture metallo-organiche
In questo articolo
Sommario
Abstract
Le strutture metallo-organiche (MOF) offrono una piattaforma unica per comprendere i processi guidati dalla luce nei materiali allo stato solido, data la loro elevata sintonizzazione strutturale. Tuttavia, la progressione della fotochimica basata su MOF è stata ostacolata dalla difficoltà di caratterizzare spettralmente questi materiali. Dato che i MOF sono tipicamente più grandi di 100 nm di dimensione, sono inclini a un'eccessiva dispersione della luce, rendendo così quasi non interpretabili i dati provenienti da preziosi strumenti analitici come l'assorbimento transitorio e la spettroscopia di emissione. Per ottenere informazioni significative sui processi fotochimici e fisici basati su MOF, è necessario prestare particolare attenzione alla corretta preparazione dei MOF per le misurazioni spettroscopiche, nonché alle configurazioni sperimentali che raccolgono dati di qualità superiore. Con queste considerazioni in mente, la presente guida fornisce un approccio generale e una serie di linee guida per l'indagine spettroscopica dei MOF. La guida affronta i seguenti argomenti chiave: (1) metodi di preparazione dei campioni, (2) tecniche/misure spettroscopiche con MOF, (3) configurazioni sperimentali, (3) esperimenti di controllo e (4) caratterizzazione della stabilità post-corsa. Con un'appropriata preparazione dei campioni e approcci sperimentali, i progressi pionieristici verso la comprensione fondamentale delle interazioni luce-MOF sono significativamente più raggiungibili.
Introduzione
Le strutture metallo-organiche (MOF) sono composte da nodi di ossido metallico legati da molecole organiche, che formano strutture porose gerarchiche quando le loro parti costitutive reagiscono insieme in condizioni solvotermiche1. I MOF permanentemente porosi sono stati segnalati per la prima volta nei primi anni 2000 e da allora il fiorente campo si è ampliato fino a comprendere una vasta gamma di applicazioni, data la sintonizzazione unica dei loro componenti strutturali 2,3,4,5,6,7.
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Protocollo
1. Preparazione delle sospensioni MOF utilizzando uno stabilizzatore polimerico
- Pesare 50 mg di glicole polietilenico con terminazione bis-amminica (PNH2, Mn ~1.500) (vedere Tabella dei materiali) e trasferire in un flaconcino da un dram (Tabella dei materiali). Pesare 1-5 mg di PCN-222(fb) (vedere protocollo sintetico11) e inserirlo nello stesso flaconcino con EPN2.
NOTA: Per ottenere le migliori sospensioni MOF possibili, le condizioni sintetiche richieste per rendere le dimensioni delle particelle MOF devono essere pari o inferiori a 1 μm.
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Risultati
Gli spettri elettronici di assorbimento di PCN-222(fb) con e senza PNH2 e filtraggio sono mostrati nella Figura 4. Il MOF senza PNH2 era solo sonicato e diluito. Quando si confrontano i due spettri, la più grande differenza è la minimizzazione della dispersione della linea di base, che si presenta come un ampio assorbimento verso l'alto con lunghezze d'onda decrescenti e amplia anche le transizioni elettroniche in modo abbastanza evidente. Per un ulteriore confronto, il.......
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Discussione
Mentre i risultati e il protocollo di cui sopra delineano linee guida generali per ridurre al minimo la dispersione dai MOF nella caratterizzazione spettroscopica, esiste un'ampia variabilità nella dimensione e nella struttura delle particelle MOF che influisce sui risultati spettroscopici e quindi offusca i metodi di interpretazione. Per aiutare a chiarire l'interpretazione e alleviare lo sforzo che deriva dall'analisi dei dati spettroscopici MOF, è fondamentale trovare una procedura per rendere i MOF il più piccoli pos.......
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Dichiarazioni
Gli autori non dichiarano interessi concorrenti.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato sostenuto dal Dipartimento dell'Energia nell'ambito della sovvenzione DE-SC0012446.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Supporto per cuvetta da 1 cm (SM1) | Edinburgh Instruments | n/a | Contatta l'azienda |
| Siringhe monouso da 1 mL | EXELINT | 26044 | |
| Siringhe monouso da 10 mL | EXELINT | 26252 | |
| Fiale da 1 dram | FisherSci | CG490001 | |
| filtri per siringhe da 20 nm | VWR | 28138-005 | I filtri sono prodotti da Whatman/Cytiva e il loro numero di catalogo è 6809-1002 |
| Filtri per siringa da 200 nm | Cytiva, Whatman | 6784-1302 | |
| Spettrofotometro ad assorbimento | Agilent | Spettrofotometro Cary 5000 | Contatta l'azienda |
| Acetronitrile (ACN) | FisherSci | AA36423 | |
| Ar serbatoio del gas | Linde/PraxAir | P-4563 | |
| bis polietilenglicole con terminazione amminica (PNH2) | Sigma-Aldrich | 452572 | MOF agente di sospensione |
| Supporto per campioni di serraggio per nsTA (SM2) | Ultrafast Systems | n/a | Contatta l'azienda |
| Lente concava per telescopio(CCL1) | Thorlabs | LD1613-A-ML | |
| Lente convessa per telescopio (CVL1) | Thorlabs | LA1708-A-ML | |
| Cella ottica personalizzata da 1 cm con giunto esterno 24/40 | QuarkGlass | QSE-1Q10-2440 (Spectrosil Cat #1-Q-10 | Abbiamo richiesto che la cella da 1 cm avesse un giunto |
| Cella ottica personalizzata da 2 mm con giunto esterno 14/20 | QuarkGlass | QSE-1Q2-1420 (Spectrosil Cat # 1- Q-2) | Abbiamo richiesto alla cella da 2 mm di avere un laser a |
| Dimethylformamide (DMF) | FisherSci | D119 | |
| (pompato Nd:YAG) per un'uscita di 415 nm | Sirah | CobraStretch | |
| Dye laser dye, Exalite 417 | Luxottica | 4170 | |
| Laser a femtosecondi | Fluorimetro Astrella | ||
| Photon Technology Inc. (Horiba) | QuantaMaster QM-200-4E | ||
| Fluorimetro lampada ad arco, 75 W | Newport | 6251NS | |
| Fluorimetro PMT | Hamamatsu | 1527 | |
| Fluorimetro | Software PTI / Horiba | FelixGX | |
| Modulo TCSPC | Becker & Hickl GmbH | PMH-100 | |
| montature per lenti telescopiche | Thorlabs | LMR1 | |
| Aghi di spurgo lunghi | STERiJECT | PRE-22100 | |
| Agitatore magnetico | Ultrafast Systems | n/a | Contatta l'azienda |
| specchio 1 (MM1) 350-700 nm | Newport | 10Q20BB.1 | |
| MM1 montatura | Thorlabs | KM100 | |
| Reggisella MM1 | Thorlabs | TR2 | |
| Portapalo MM1 | Montante Thorlabs | PH1.5 | |
| MM2 | Specchietto Thorlabs | MFM05 | |
| MM2,3 | Thorlabs | BB03-E02 | |
| MM2,3 Reggipalo | Thorlabs | MS3R | |
| MM2,3 Basi Reggipalo | Thorlabs | MBA1 | |
| MM2,3 Portapalo | Thorlabs | Montatura MPH50 | |
| MM3 | Thorlabs | MK05 | |
| montanti per ottiche telescopiche | Laser Thorlabs | TR4 | |
| Nanosecond TA Nd:YAG | Spectra-Physics | QuantaRay INDI Nd:YAG | |
| Spettrometro Nanosecond TA Edinburgh | Instruments | LP980 | |
| nsTA ICCD camera | Oxford Instruments | Andor iStar Telecamera ICCD | Contatta l'azienda |
| nsTA PMT | Hamamatsu | R928 | |
| Amplificatore ottico parametrico | Ultrafast Systems | Apollo | |
| Parafilm | FisherSci | S37440 | |
| Ruota stenopeica | Thorlabs | PHW16 | |
| Base per montante ruota stenopeica | Thorlabs | CF125C | |
| Supporto per montante per ruota stenopeica | Thorlabs | PH1.5 | |
| Pinhole Montaggio montante ruota/montatura | Thorlabs | NDC-PM | |
| per ottiche telescopiche Supporti | Thorlabs | CF125C | |
| per ottiche telescopiche | Thorlabs | PH4 | |
| Rivelatore di potenza per ns TA | Thorlabs | S310C | |
| Gruppo prisma (P2,3) | Edinburgh Instruments | n/a | Contatta l'azienda |
| Montatura a prisma (P1) | OWIS | K50-FGS | |
| (P1) | Thorlabs | TR4 | |
| (P1) | Supporto perno prismatico Thorlabs | CF125C | |
| (P1) | Prismi al quarzo Thorlabs | PH4 | |
| (P1-P3) | Setti | 10SR20 | |
| (14/20) | VWR | 89097-540 | |
| Esterno in gomma setti articolari (24/40) | ChemGlass | CG-3022-24 | |
| Punta di sonicazione | Prodotto Branson | fuori produzione | L'alternativa più vicina è la punta da 1/8" di diametro di iFiltri |
| ND quadrati | a ultrasuoni Thorlabs | NEK01S | |
| Barre di agitazione | StarnaCells/FisherSci | NC9126395 | |
| Rivelatore di potenza Thorlabs per ufTA | Thorlabs | S401C | |
| Misuratore di potenza Thorlabs | Sonicatore di punta Thorlabs | PM100D | |
| Branson | Digital Sonifer 450, prodotto fuori produzione | L'alternativa più vicina è SFX550 di iUltrasonic | |
| Tygon tubing | Grainger | 8Y589 | |
| ufTA ND ruota portafiltri | Thorlabs | NDC-25C-2-A | |
| ufTA ND supporto per ruota portafiltri | Thorlabs | NDC-PM | |
| ufTA ND perno della ruota del filtro | Thorlabs | PH2 | |
| ufTA ND perno del filtro base | Thorlabs | CF125C | |
| ufTA specchio di allineamento della pompa | Thorlabs | PF10-03-F01 | |
| Assemblaggio del telescopio TA | ultraveloce Ultrafast Systems | n/a | Contatta l'azienda |
| Spettrometro ad assorbimento transitorio ultraveloce | Ultrafast Systems | Lampada | |
| Xe | OSRAM | 4050300508788 |
Riferimenti
- Zhou, H. -C., Long, J. R., Yaghi, O. M. Introduction to metal-organic frameworks. Chemical Reviews. 112 (2), 673-674 (2012).
- 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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Ristampe e permessi
