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

당사의 프로토콜은 다양한 격자 정합, 코어 쉘 MOF를 합성할 수 있는 가능성을 제시하며 여러 쌍으로 확장할 수 있습니다. 비등구조적 MOF 쌍은 용매 반응에 의해 이음매 없는 인터페이스를 가진 단결정질 코어-쉘 MOF에 통합될 수 있습니다. 다양한 친환경과 함께 MOF를 사용하여 효율적인 가스 분리 또는 촉매 응용을 위한 코어 쉘 재료를 설계하고 합성할 수 있습니다.

먼저 4.72g의 질산구리 반수화물을 100밀리리터 삼각 플라스크에 넣고 60밀리리터의 탈이온수와 DMF 혼합물에 녹입니다. 플라스크를 수동으로 휘젓습니다. 이 용액 6ml를 20ml의 바이알에 넣습니다.

다음으로, 1.76 그램의 1, 3, 5- 벤젠 트리 카르 복실 산과 22 밀리리터의 에탄올을 50 밀리리터의 삼각 플라스크에 넣고 용액을 섭씨 90 도에서 용해 될 때까지 가열 된 핫 플레이트에서 저어줍니다. 이 용액 2.2 밀리리터를 이전에 준비한 용액이 들어있는 바이알에 넣고 즉시 12 밀리리터의 아세트산을 첨가하십시오. 바이알의 뚜껑을 닫고 섭씨 55도로 가열된 컨벡션 오븐에 60시간 동안 넣습니다.

모주를 디캔팅합니다. 먼저 스포이드를 사용하여 바이알에 신선한 에탄올을 첨가한 다음 제거하여 결정을 세척합니다. 크리스탈을 두 번 더 씻으십시오.

코어-쉘 합성의 경우 HKUST-1의 입방 결정을 N, N-디에틸포름아미드 또는 DEF 용매로 가득 찬 20밀리리터 바이알에 보관합니다. 0.760 밀리리터 바이알에 질산 아연 육수화물 10g과 20 밀리리터의 DEF를 넣고 초음파 발생기를 사용하여 녹입니다. 마찬가지로 0.132밀리리터 바이알에 10밀리리터의 DEF에 테레프탈산 20g을 녹입니다.

두 용액의 총 부피를 35밀리리터 유리병에 섞습니다. 여과된 HKUST-1 결정의 무게를 빠르게 측정하고 혼합 용액이 들어 있는 유리병에 넣습니다. 실리콘 캡으로 항아리를 단단히 밀봉하십시오.

HKUST-1 결정을 유리병 바닥에 잘 펴 바른 후 병을 컨벡션 오븐에 넣고 섭씨 85도에서 36시간 동안 가열합니다. 모액을 디캔팅하고 먼저 항아리에 신선한 DEF를 추가한 다음 DEF를 제거하여 결과 결정을 씻습니다.

용매 교환을 위해 HKUST-1@MOF-5가 들어 있는 바이알에서 저장 용매와 DEF를 버리고 바이알에 디클로로메탄을 추가합니다. 효과적인 교환을 위해 수동으로 흔들고 디클로로메탄 용매를 4시간마다 3-4회 교체합니다. 001 및 111 평면에서 HKUST-1@MOF-5 시스템의 계산 구조 모델이 여기에 나와 있습니다.

이 그림에는 입방체형 HKUST-1, 팔면체형 HKUST-1, 입방체 및 팔면체형 HKUST-1@MOF-5 코어 쉘의 광학 현미경 이미지가 나와 있습니다. HKUST-1 크리스탈은 무색 MOF-5 크리스탈의 중앙에 위치하며, 코어-쉘 구조를 제공하는 이음매 없는 인터페이스를 갖추고 있습니다. 디에틸포름아미드 및 디클로로메탄의 HKUST-1@MOF-5 사진과 입방체 및 팔면체 모양의 HKUST-1을 사용한 코어-쉘 MOF의 해당 광학 이미지가 여기에 표시됩니다.

이미지는 입방체 및 팔면체 모양의 HKUST-1을 가진 HKUST-1, HKUST-1@MOF-5의 PXRD 패턴과 HKUST-1 및 MOF-5의 시뮬레이션 패턴을 나타냅니다. 이러한 PXRD 측정은 코어-쉘 결정의 위상 순도를 입증했습니다. 단일 성장 코어 쉘 MOF를 합성하는 데 코어 MOF의 발현이 중요한 대류 오븐에 유리병을 넣습니다.

PCN-68@MOF-5, UiO-66@MIL-88B 등은 이 절차에 따라 합성할 수 있으며, 이는 다른 코어-쉘 쌍으로 확장할 수 있음을 의미합니다. 이 기술은 특정 응용 분야의 성능을 향상시키기 위해 코어 쉘 MOF를 설계하고 합성하는 체계적인 경로를 제공할 수 있습니다.