Sintesi di strutture metallo-organiche monocristalline core-shell

Il nostro protocollo suggerisce la possibilità di sintetizzare diversi MOF core-shell abbinati a reticolo e può essere esteso a più coppie. La coppia MOF non isostrutturale può essere integrata in MOF core-shell monocristallini con un'interfaccia senza soluzione di continuità mediante la reazione solvotermica. Utilizzando MOF con diversi fattori favorevoli all'ambiente, è possibile progettare e sintetizzare materiali core-shell per un'efficiente separazione dei gas o un'applicazione catalitica.

Per iniziare, aggiungere 4,72 grammi di nitrato di rame emi-pentaidrato a un pallone di Erlenmeyer da 100 millilitri e sciogliere in 60 millilitri di acqua deionizzata e miscela di DMF. Agitare manualmente il pallone. Mettere sei millilitri di questa soluzione in un flaconcino da 20 millilitri.

Quindi, aggiungere 1,76 grammi di acido 1, 3, 5-benzentetricarbossilico e 22 millilitri di etanolo a un pallone di Erlenmeyer da 50 millilitri e mescolare la soluzione a 90 gradi Celsius su una piastra riscaldata fino alla dissoluzione. Aggiungere 2,2 millilitri di questa soluzione al flaconcino contenente la soluzione preparata in precedenza e aggiungere immediatamente 12 millilitri di acido acetico. Chiudere il coperchio del flaconcino e metterlo in un forno ventilato riscaldato a 55 gradi Celsius per 60 ore.

Decantare il liquore madre. Lavare i cristalli aggiungendo prima etanolo fresco al flaconcino usando un contagocce, quindi rimuovendolo. Lavare i cristalli altre due volte.

Per la sintesi del core-shell, conservare i cristalli cubici di HKUST-1 in una fiala da 20 millilitri piena di solvente N, N-dietilformammide o DEF. Aggiungere 0,760 grammi di nitrato di zinco esaidrato e 10 millilitri di DEF in una fiala da 20 millilitri e scioglierlo con un sonicatore. Allo stesso modo, sciogliere 0,132 grammi di acido tereftalico in 10 millilitri di DEF in un flaconcino da 20 millilitri.

Mescolare il volume totale di entrambe le soluzioni in un barattolo di vetro da 35 millilitri. Pesare rapidamente i cristalli di HKUST-1 filtrati e metterli nel barattolo di vetro contenente la soluzione miscelata. Sigillare bene il barattolo con un tappo di silicone.

Dopo aver steso bene i cristalli di HKUST-1 sul fondo del barattolo di vetro, mettere il barattolo in un forno ventilato e riscaldare a 85 gradi Celsius per 36 ore. Decantare il liquore madre e lavare i cristalli risultanti aggiungendo prima il DEF fresco nel barattolo, quindi rimuovendo il DEF. Lavare i cristalli altre due volte.

Per lo scambio di solvente, eliminare il solvente di conservazione e il DEF dal flaconcino contenente HKUST-1@MOF-5 e aggiungere diclorometano nel flaconcino. Agitarlo manualmente per una sostituzione efficace e cambiare il solvente diclorometano tre o quattro volte ogni quattro ore. I modelli di struttura computazionale per il sistema HKUST-1@MOF-5 sul piano 001 e 111 sono mostrati qui.

In questa figura sono presentate le immagini al microscopio ottico dell'HKUST-1 a forma cubica, dell'HKUST-1 a forma ottaedrica e del guscio centrale HKUST-1@MOF-5 a forma cubica e ottaedrica. Il cristallo HKUST-1 si trova al centro del cristallo MOF-5 incolore, con un'interfaccia senza soluzione di continuità per fornire una struttura core-shell. Le fotografie di HKUST-1@MOF-5 in dietilformammide e diclorometano e le corrispondenti immagini ottiche del MOF cores-shell utilizzando HKUST-1 a forma cubica e ottaedrica sono mostrate qui.

Le immagini rappresentano i modelli PXRD di HKUST-1, HKUST-1@MOF-5 con HKUST-1 di forma cubica e ottaedrica e i modelli simulati di HKUST-1 e MOF-5. Queste misurazioni PXRD hanno dimostrato la purezza di fase del cristallo core-shell. posizionando il barattolo di vetro nel forno a convezione dove l'espressione del MOF del nucleo è importante per sintetizzare un MOF core-shell cresciuto singolarmente.

PCN-68@MOF-5, UiO-66@MIL-88B e altri possono essere sintetizzati seguendo questa procedura, il che significa che è espandibile ad altre coppie core-shell. Questa tecnologia può fornire un percorso sistematico per progettare e sintetizzare MOF core-shell per migliorare le prestazioni in un'applicazione specifica.