Ukierunkowana synteza nowych struktur metaloorganicznych (MOF) jest trudna, a ich odkrycie zależy od wiedzy i kreatywności chemika. Metody wysokoprzepustowe pozwalają na szybkie i efektywne badanie złożonych pól parametrów syntetycznych, przyspieszając proces znajdowania związków krystalicznych oraz identyfikowania trendów syntetycznych i strukturalnych.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Odkrycie i optymalizacja syntezy izosiatkowatych związków metaloorganicznych metaloorganicznych na bazie fosfonianów Al(III) przy użyciu metod wysokoprzepustowych
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Metody wysokoprzepustowe (HT) są ważnym narzędziem do szybkiego i efektywnego badania parametrów syntezy i odkrywania nowych materiałów. W pracy opisano syntezę struktur metaloorganicznych (MOF) z roztworu przy użyciu systemu reaktora HT, w wyniku której odkryto różne MOF na bazie fosfonianów o składzie [Al2H12-x(PMP)3]Clx∙6H2O (H4PMP = N,N'-piperazyna bis(kwas metylenofosfonowy)) dla x = 4,6, oznaczane jako Al-CAU-60-xHCl, zawierające trójwartościowe jony glinu. Udało się to osiągnąć w warunkach reakcji solwotermicznej poprzez systematyczne badanie przesiewowe wpływu stosunku molowego łącznika do metalu oraz pH mieszaniny reakcyjnej na tworzenie produktu. Protokół badania HT obejmuje sześć etapów: a) planowanie syntezy (DOE = projekt eksperymentu) w ramach metodologii HT, b) dozowanie i praca z reaktorami HT opracowanymi przez nas, c) synteza solwotermiczna, d) synteza przy użyciu opracowanych przez nas bloków filtracyjnych, e) charakterystyka za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej proszku HT oraz f) ocena danych. Metodologia HT została po raz pierwszy wykorzystana do zbadania wpływu kwasowości na tworzenie produktu, co doprowadziło do odkrycia Al-CAU-60∙xHCl (x = 4 lub 6).
Wprowadzenie
Struktury metaloorganiczne (MOF) to porowate, krystaliczne związki, których struktury składają się z węzłów zawierających metal, takich jak jony metali lub klastry metal-tlen, które są połączone cząsteczkami organicznymi (linkerami)1. Poprzez różnicowanie węzłów zawierających metal, a także łącznika, można uzyskać różnorodne związki, które wykazują szeroki zakres właściwości, a zatem mają potencjalne zastosowania w różnych dziedzinach1.
Stabilność materiału jest ważna dla jego zastosowania1,2,3. W zwi....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
W tym protokole opisane jest badanie HT systemów chemicznych w celu odkrycia nowych materiałów krystalicznych, na przykładzie Al-CAU-6029.
1. Projekt eksperymentu (DOE)
UWAGA: Pierwszym krokiem jest przygotowanie planu syntezy, który wymaga znajomości konfiguracji reaktora (Rysunek 2), używanych reagentów i rozpuszczalników. Ta procedura planowania syntezy jest przystosowana do przeprowadzania 24 lub 48 reakcji w określonym programie temperaturowo-czasowym, dla których produkowane we własnym zakresie stalowe multiklawy są używane do przeprowadzen....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Dane PXRD przedstawiono na Rysunku 9. W pierwszej ocenie uzyskane wyniki powiązano z parametrami syntezy w badanym obszarze parametrów. Badanie przeprowadzono dla sześciu różnych stosunków molowych łącznika do metalu oraz czterech różnych stosunków molowych NaOH/HCl do Al3+. Powiązanie tych informacji z uzyskanymi danymi PXRD (Rysunek 9) pozwala stwierdzić, że produkty o niskiej krystaliczności otrzymano w syntezach przy stosunku molowym NaOH:Al3.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Ze względu na złożoność metody HT, poszczególne kroki i sama metoda zostały omówione w poniższych sekcjach. Pierwsza część obejmuje krytyczne etapy dla każdego etapu roboczego przepływu pracy HT (rysunek 1), możliwe modyfikacje i ograniczenia techniki, w stosownych przypadkach. Na zakończenie przedstawiono ogólną dyskusję, w tym również znaczenie metody HT w odniesieniu do istniejących metod i przyszłych zastosowań.
W pierwszym kroku przepływu pracy HT, DOE, nale.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
Praca była wspierana przez Uniwersytet Christian-Albrechts, kraj związkowy Szlezwik-Holsztyn oraz Deutsche Forschungsgemeinschaft (szczególnie STO-643/2, STO-643/5 i STO-643/10).
Norbert Stock chciałby podziękować studentom B.Sc., M.Sc., i doktorantom, a także partnerom współpracującym, którzy przeprowadzili wiele interesujących projektów z wykorzystaniem metodologii wysokoprzepustowej, w szczególności prof. Beinowi z Ludwig-Maximilians-Universität w Monachium, który odegrał główną rolę w rozwoju reaktorów.
....Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| AlCl3· 6H2O | Grü ssing | N/A | 99% |
| Blok filtracyjny do filtracji maksymalnie 48 mieszanin reakcyjnych | Wykonane we własnym zakresie | N/A | Rysunki techniczne w plikach uzupełniających |
| Kwas solny | Honeywell | 258148 | Stężenie 37 %, rocznie |
| Multiklawy z 24 pojedynczymi wkładkami teflonowymi | Wykonane we własnym zakresie | Nie dotyczy Rysunki | techniczne w plikach uzupełniających |
| N,N'-piperazyna bis(kwas metylenofosfonowy | Przygotowane przez współpracowników | N/A | H4PMP, Przygotowane przez współpracowników metodą opisaną przez Villemina i wsp.: D. Villemin, B. Moreau, A. Elbilali, M.-A. Didi, M.'h. Kaid, P.-A. Jaffrè s, Fosfor Siarka Krzem Relat. Elem. 2010, 185, 2511. |
| Płytka próbna do PXRD | Własna produkcja | Nie dotyczy | Rysunki techniczne w plikach uzupełniających |
| Wodorotlenek sodu | Grü ssing | N/A | 99% |
| Stoe Stadi P Combi | STOE | Stadi P Combi | Cu-Kα promieniowanie 1 (λ = 1,5406 Å); geometria skrzyni biegów; MYTHEN2 detektor 1K; kąt otwarcia 18°; Zakrzywiony monochromator; xy-table |
| Piec konwekcyjny z wymuszonym obiegiem | Memmert | UFP400 |
Bibliografia
- Kaskel, S. The Chemistry of Metal-Organic Frameworks: Synthesis, Characterization, and Applications. , Wiley-VCH. Weinheim. (2016).
- Ding, M., Cai, X., Jiang, H. -L. Improving MOF stability: approaches and applications. Chemical Science. 10 (44), 10209-10230 (2019).....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
