Name: Synteza monokrystalicznych struktur metaloorganicznych typu rdzeń-powłoka (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-02-10T13:35:00.000+00:00
Duration: 5 min 26 s
Description: Poznaj dwuetapową syntezę monokrystalicznych struktur rdzeń-powłoka typu MOF z użyciem reakcji solwotermalnej. Metoda umożliwia tworzenie materiałów do separacji gazów i katalizy z bezszwowymi interfejsami.

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

Ta praca była wspierana przez National Research Foundation of Korea (NRF) Grant finansowany przez Ministerstwo Nauki i ICP (No. NRF-2020R1A2C3008908 i 2016R1A5A1009405).

UWAGA: Przed przeprowadzeniem eksperymentu, dokładnie przeczytaj i zrozum karty charakterystyki substancji chemicznych użytych w tym protokole. Nosić odpowiedni sprzęt ochronny. Używaj dygestorium do wszystkich procedur syntezy.
1. Synteza sześciennego HKUST-1
UWAGA: Procedura eksperymentalna opierała się na wcześniej opisanej metodzie14. Do syntezy rdzenia-powłoki syntetyzowano jednocześnie 10 garnków. Dlatego jednorazowo przygotowano 10 doniczek roztworu, a następnie rozprowadzono.
<ol>
	<li>Dodać 4,72 g (20,3 mmol) Cu(NO3)2·2,5H2O do 100 ml kolby Erlenmeyera i rozpuścić w 60 ml mieszaniny wody dejonizowanej (D.I.) i N,N-dimetyloformamidu (DMF) (1:1, v/v), obracając kolbę ręcznie.</li>
	<li>Dodać 1,76 g (8,38 mmol) kwasu 1,3,5-benzenotrikarboksylowego (H3BTC) i 22 ml etanolu do kolby Erlenmeyera o pojemności 50 ml i mieszać roztwór w temperaturze 90 °C na rozgrzanej płycie grzejnej aż do rozpuszczenia.</li>
	<li>Umieścić 6 ml roztworu 1.1 (roztwór przygotowany w kroku 1.1) do każdej fiolki o pojemności 20 ml.</li>
	<li>Mieszając i podgrzewając, dodać 2,2 ml roztworu 1.2 (roztwór przygotowany w kroku 1.2) do fiolki zawierającej roztwór 1.1 i natychmiast dodać 12 ml kwasu octowego. 
	UWAGA: Jednorazowo należy dodać 12 ml kwasu octowego.</li>
	<li>Zamknąć wieczko fiolki i umieścić ją w piecu konwekcyjnym nagrzanym do temperatury 55 °C na 60 godzin.</li>
	<li>Po upływie 60 godzin należy szybko zdekantować ług macierzysty i przemyć kryształy, dodając i usuwając świeży etanol (objętość wystarczającą do napełnienia fiolki) trzykrotnie za pomocą zakraplacza.</li>
	<li>Do syntezy otoczki rdzenia należy przechowywać sześcienne kryształy HKUST-1 w 20 ml fiolce pełnej rozpuszczalnika N,N-dietyloformamidu (DEF).</li>
</ol>
2. Synteza ośmiościennego HKUST-1
<ol>
	<li>Połączyć 4,72 g (20,3 mmol) Cu(NO3)2·2,5H2 O i 30 mlwody D.I. w 100 ml kolby Erlenmeyera, zamieszać kolbę w celu rozpuszczenia ciała stałego i dodać 30 ml DMF po rozpuszczeniu.</li>
	<li>Dodać 3,60 g (17,1 mmol)H3BTC do 45 ml etanolu w 100 ml kolby Erlenmeyera i mieszać roztwór w temperaturze 90 °C na rozgrzanej płycie grzejnej aż do rozpuszczenia.</li>
	<li>Umieścić 6 ml roztworu 2.1 (roztwór przygotowany w kroku 2.1) w każdej fiolce o pojemności 50 ml.</li>
	<li>Mieszając i podgrzewając, dodać 4,5 ml roztworu 2.2 (roztwór przygotowany w kroku 2.2) do fiolki zawierającej roztwór 2.1 i natychmiast dodać 12 ml kwasu octowego. 
	UWAGA: Należy dodać jednorazowo 12 ml kwasu octowego bez dzielenia.</li>
	<li>Zamknąć wieczko fiolki i umieścić w piecu konwekcyjnym nagrzanym do temperatury 55 °C na 22 godziny.</li>
	<li>Po 22 godzinach szybko zdekantować ług macierzysty i przemyć kryształy, trzykrotnie dodając i usuwając świeży etanol za pomocą zakraplacza.</li>
	<li>Do syntezy otoczki rdzenia należy przechowywać oktaedryczne kryształy HKUST-1 w fiolce o pojemności 20 ml wypełnionej rozpuszczalnikiem DEF.</li>
</ol>
3. Synteza HKUST-1@MOF-5 powłoki rdzeniowej
UWAGA: Metoda syntezy rdzeń-powłoka jest taka sama zarówno dla ośmiościennego, jak i sześciennego HKUST-1.
<ol>
	<li>Rozpuścić 0,760 g (2,55 mmol) Zn(NO3)2·6H2O i 0,132 g (0,795 mmol) kwasu tereftalowego oddzielnie w 10 ml DEF w fiolce o pojemności 20 ml za pomocą sonikatora.</li>
	<li>Wymieszaj całkowitą objętość obu roztworów w szklanym słoiku o pojemności 35 ml.</li>
	<li>Szybko zważyć przefiltrowane kryształy HKUST-1 (5 mg) i umieścić kryształy w szklanym słoiku zawierającym zmieszany roztwór. Aby zapobiec elektryczności statycznej, do ważenia należy użyć bibuły filtracyjnej. Szczelnie zamknij słoik silikonową nakrętką.</li>
	<li>Po dokładnym rozprowadzeniu kryształów HKUST-1 na dnie szklanego słoika, umieść słoik w piecu konwekcyjnym i podgrzewaj w temperaturze 85 °C przez 36 godzin.</li>
	<li>Po 36 godzinach szybko zdekantować ług macierzysty i przemyć powstałe kryształy, dodając i usuwając świeży etanol trzykrotnie za pomocą zakraplacza.</li>
</ol>
4. Wymiana rozpuszczalnika w obudowie rdzenia HKUST-1@MOF-5
<ol>
	<li>Wyrzucić rozpuszczalnik do przechowywania, DEF, z fiolki zawierającej HKUST-1@MOF-5.</li>
	<li>Dodać dichlorometan (DCM) (objętość do napełnienia fiolki) do fiolki i wstrząsnąć nią ręcznie w celu efektywnej wymiany.</li>
	<li>Wymieniaj rozpuszczalnik DCM 3-4 razy co 4 godziny.</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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

W tym protokole zsyntetyzowano sześcienne i ośmiościenne kryształy HKUST-1, odnosząc się do wcześniej opisanej metody14. Do syntezy HKUST-1 dodano roztwór H3BTC podczas ogrzewania i mieszania roztworu Cu(NO3)2·2,5H2O, aby zapobiec wytrącaniu się H3BTC wraz ze spadkiem temperatury. Następnie natychmiast dodano kwas octowy, aby zapobiec szybkiemu zarodkowaniu i zapewnić wzrost dużego monokryształu. Gdy tylko fiolka została wyjęta z pieca, gorący...

MOF-on-MOF to rodzaj materiału hybrydowego składającego się z dwóch lub więcej różnych struktur metaloorganicznych (MOFs)1,2,3. Dzięki różnorodnym możliwym kombinacjom składników i struktur, MOF-on-MOF dostarczają różnorodnych, nowatorskich kompozytów o niezwykłych właściwościach, które nie zostały osiągnięte w pojedynczych MOF i oferują ogromny potencjał w wielu zastosowaniach4,5,6. Spośród różnych typów MOF-on-MOFs, struktura core-shell, w której jeden MOF otacza drugi, ma tę zaletę, że optymalizuje charakterystyki obu MOF poprzez zaprojektowanie bardziej rozbudowanego systemu5,6,7,8,9,10. Chociaż opisano wiele przykładów MOF typu core-shell, monokrystaliczne MOF typu core-shell są rzadkie i zostały z powodzeniem zsyntetyzowane głównie z par izostrukturalnych11,12,13. Co więcej, monokrystaliczne MOF typu rdzeń-powłoka zbudowane przy użyciu nieizostrukturalnych par MOF były rzadko zgłaszane, ze względu na trudności w wyborze pary, która wykazuje dobrze dopasowaną sieć krystaliczną 3. Aby uzyskać bezproblemowe interfejsy monokrystalicznych MOF typu rdzeń-powłoka, kluczowe znaczenie ma dobrze dopasowana sieć krystaliczna i chemiczne punkty połączeń między dwoma MOF-ami. W tym przypadku chemiczny punkt połączenia jest zdefiniowany jako lokalizacja przestrzenna, w której łącznik/metalowy węzeł jednego MOF spotyka się z metalowym węzłem/łącznikiem drugiego MOF poprzez wiązanie koordynacyjne. W naszych poprzednich raportach14 algorytm obliczeniowy został użyty do przesiewania optymalnych celów do syntezy i sześć sugerowanych par MOF zostało pomyślnie zsyntetyzowanych.
Ten artykuł demonstruje protokół syntezy monokrystalicznej powłoki rdzenia-powłoki MOF pary HKUST-1 i MOF-5, które są ikonicznymi MOF złożonymi z zupełnie różnych składników i topologii. HKUST-1 został wybrany jako rdzeń, ponieważ jest bardziej stabilny niż MOF-5 w warunkach reakcji solwotermicznej15,16. Ponadto, ponieważ chemiczne punkty połączeń między MOF-5 i HKUST-1 są dobrze dopasowane zarówno w płaszczyźnie (001), jak i (111), sześcienne i oktaedryczne kryształy HKUST-1, w których odsłonięta jest każda płaszczyzna, zostały użyte jako rdzeń MOF. Protokół ten sugeruje możliwość syntezy bardziej zróżnicowanych MOF typu core-shell z dopasowaniem sieciowym.

<table><tbody><tr><td>Kwas octowy</td><td>DAEJUNG</td><td>1002-4400</td><td>Synteza HKUST-1 (kroki protokołu 1.4 i 2.4)</td></tr><tr><td>Azotan miedzi(II) hemipentahydrat</td><td>Sigma Aldrich</td><td>223395-100G</td><td>Synteza HKUST-1 (kroki protokołu 1.1 i 2.1)</td></tr><tr><td>D2 PHASER</td><td>Bruker AXS</td><td>DOC-B88-EXS017-V3</td><td>Dyfrakcja rentgenowska w proszku&nbsp;</td></tr><tr><td>Cyfrowa płyta grzejna do mieszania</td><td>Thermo Scientific</td><td>SP131320-33Q</td><td>Płyta grzejna do podgrzewania i mieszania (kroki protokołu 1.2 i 2.2)</td></tr><tr><td>System oczyszczania wody Direct-Q3UV</td><td>MILLIPORE</td><td>ZRQSVP030</td><td>Woda dejonizowana (kroki protokołu 1.1 i 2.1)</td></tr><tr><td>Alkohol etylowy bezwodny, 99,9%</td><td>DAEJUNG</td><td>4023-4100</td><td>Synteza HKUST-1 (kroki protokołu 1.2 i 2.2)</td></tr><tr><td>Piec z wymuszoną konwekcją ( OF-02P/PW)</td><td>JEIO TECH EDA8136</td><td></td><td>Piec do reakcji ogrzewania (kroki protokołu 1.5, 2.5 i 3.4)</td></tr><tr><td>N,N-dietyloformamid</td><td>TCI</td><td>D0506</td><td>Synteza HKUST-1@MOF-5 (krok protokołu 3.1)</td></tr><tr><td>N,N'-dimetyloformamid</td><td>DAEJUNG</td><td>6057-4400</td><td>Synteza HKUST-1 (kroki protokołu 1.1 i 2.1)</td></tr><tr><td>Mikroskopy stereoskopowe</td><td>Nikon</td><td>SMZ745T</td><td>Mikroskop optyczny&nbsp;</td></tr><tr><td>Kwas tereftalowy</td><td>Sigma Aldrich</td><td>185361-500G</td><td>Synteza HKUST-1@MOF-5 (krok protokołu 3.1)</td></tr><tr><td>Kwas trimezynowy</td><td>Sigma Aldrich</td><td>482749-100G</td><td>Synteza HKUST-1 (kroki protokołu 1.2 i 2.2)</td></tr><tr><td>Myjka ultradźwiękowa</td><td>BRANSONIC</td><td>CPX-952-338R</td><td>Sonikator z kąpielą do rozpuszczania roztworu (krok protokołu 3.1)</td></tr><tr><td>Azotan sześciowodny</td><td>Sigma Aldrich</td><td>228737-100G</td><td>Synteza HKUST-1@MOF-5 (krok protokołu 3.1)</td></tr></tbody></table>

synteza monokrystalicznych struktur metaloorganicznych typu rdzeń-powłoka

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

Ze względu na ich możliwość projektowania i bezprecedensowe efekty synergiczne, struktury metaloorganiczne (MOF) typu rdzeń-powłoka były ostatnio aktywnie badane. Jednak synteza monokrystalicznych MOF typu rdzeń-powłoka jest bardzo trudna, w związku z czym opisano ograniczoną liczbę przykładów. Tutaj proponujemy metodę syntezy monokrystalicznych powłok rdzeniowych HKUST-1@MOF-5, czyli HKUST-1 w centrum MOF-5. Za pomocą algorytmu obliczeniowego przewidywano, że ta para MOF będzie miała dopasowane parametry sieci i chemiczne punkty połączeń na granicy faz. Aby skonstruować strukturę rdzeń-powłoka, przygotowaliśmy oktaedryczne i sześcienne kryształy HKUST-1 jako rdzeń MOF, w którym eksponowane były głównie fasety (111) i (001). W wyniku reakcji sekwencyjnej powłoka MOF-5 była dobrze wyrosła na odsłoniętej powierzchni, wykazując bezproblemową powierzchnię połączenia, co zaowocowało udaną syntezą monokrystalicznego HKUST-1@MOF-5. Ich powstawanie w czystej fazie zostało udowodnione za pomocą optycznych obrazów mikroskopowych i wzorów dyfrakcji rentgenowskiej w proszku (PXRD). Metoda ta przedstawia potencjał i wgląd w syntezę monokrystalicznej powłoki rdzeń-powłoka z różnymi rodzajami MOF-ów.

Zgodnie z dwiema obliczonymi strukturami systemu rdzeń-powłoka HKUST-1@MOF-514, zarówno w płaszczyznach (001), jak i (111), centra Cu z węzłów metalicznych HKUST-1 oraz centra tlenowe z grup karboksylowych MOF-5 są dobrze dopasowane jako punkty połączenia chemicznego na granicy między dwoma MOF (Rysunek 1). W związku z tym, w celu syntezy rdzeń-powłoka, zsyntezowano sześcianowe i ośmiościanowe kryształy HKUST-1, w których odpowiednio odsłonięte są płaszczyzny (001) i ...

Tutaj demonstrujemy protokół dwuetapowej syntezy monokrystalicznych powłok rdzeniowych przy użyciu nieizostrukturalnej pary struktur metaloorganicznych (MOF), HKUST-1 i MOF-5, które mają dobrze dopasowane sieci krystaliczne.

Synteza monokrystalicznych struktur metaloorganicznych typu rdzeń-powłoka

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

Nasz protokół sugeruje możliwość syntezy różnych MOF dopasowanych do sieci i powłoki rdzenia i może być rozszerzony na wiele par. Nieizostrukturalna para MOF może być zintegrowana z monokrystalicznymi MOF typu rdzeń-powłoka z bezproblemowym interfejsem w reakcji solwotermicznej. Dzięki zastosowaniu MOF z różnymi proekologicznymi materiałami typu core-shell do wydajnej separacji gazów lub aplikacji katalitycznej można zaprojektować i zsyntetyzować.Na początek dodaj 4,72 grama pół-pentahydratu azotanu miedzi do 100-mililitrowej kolby Erlenmeyera i rozpuść w 60 mililitrach mieszaniny wody dejonizowanej i DMF. Zakręcić kolbą ręcznie. Umieścić sześć mililitrów tego roztworu w 20-mililitrowej fiolce.Następnie dodać 1,76 grama kwasu 1, 3, 5-benzenotrikarboksylowego i 22 mililitry etanolu do 50-mililitrowej kolby Erlenmeyera i mieszać roztwór w temperaturze 90 stopni Celsjusza na rozgrzanej płycie grzejnej aż do rozpuszczenia. Dodać 2,2 mililitra tego roztworu do fiolki zawierającej przygotowany wcześniej roztwór i natychmiast dodać 12 mililitrów kwasu octowego. Zamknij wieczko fiolki i umieść ją w piecu konwekcyjnym nagrzanym do 55 stopni Celsjusza na 60 godzin.Zdekantować ług macierzysty. Umyj kryształy, najpierw dodając świeży etanol do fiolki za pomocą zakraplacza, a następnie usuwając go. Umyj kryształy jeszcze dwa razy.Do syntezy otoczki rdzenia należy przechowywać sześcienne kryształy HKUST-1 w 20-mililitrowej fiolce pełnej rozpuszczalnika N, N-dietyloformamidu lub DEF. Dodaj 0,760 grama sześciowodnego azotanu i 10 mililitrów płynu DEF do 20-mililitrowej fiolki i rozpuść za pomocą sonikatora. Podobnie rozpuść 0,132 grama kwasu tereftalowego w 10 mililitrach DEF w 20-mililitrowej fiolce.Wymieszaj całkowitą objętość obu roztworów w szklanym słoiku o pojemności 35 mililitrów. Szybko zważ przefiltrowane kryształy HKUST-1 i umieść je w szklanym słoiku zawierającym zmieszany roztwór. Szczelnie zamknij słoik silikonową nakrętką.Po dokładnym rozprowadzeniu kryształów HKUST-1 na dnie szklanego słoika, umieść słoik w piecu konwekcyjnym i podgrzewaj w temperaturze 85 stopni Celsjusza przez 36 godzin. Zdekantować ług macierzysty i umyć powstałe kryształy, najpierw dodając świeży płyn DEF do słoika, a następnie usuwając płyn DEF. Umyj kryształy jeszcze dwa razy.W celu wymiany rozpuszczalnika należy wyrzucić rozpuszczalnik i płyn DEF z fiolki zawierającej HKUST-1@MOF-5 i dodać do niej dichlorometan. Potrząśnij nim ręcznie, aby uzyskać efektywną wymianę i zmieniaj rozpuszczalnik dichlorometanu trzy do czterech razy co cztery godziny. Modele struktury obliczeniowej dla układu HKUST-1@MOF-5 na płaszczyźnie 001 i 111 przedstawiono tutaj.Na tym rysunku przedstawiono obrazy mikroskopu optycznego HKUST-1 w kształcie sześciennym, oktaedrycznego HKUST-1 oraz sześciennego i ośmiościennego rdzenia HKUST-1@MOF-5. Kryształ HKUST-1 znajduje się w środku bezbarwnego kryształu MOF-5, z bezszwowym interfejsem, aby zapewnić strukturę rdzeń-powłoka. Fotografie HKUST-1@MOF-5 w dietyloformamidzie i dichlorometanie oraz odpowiadające im obrazy optyczne MOF rdzenia-powłoki przy użyciu sześciennego i ośmiościennego HKUST-1 są pokazane tutaj.Obrazy reprezentują wzory PXRD HKUST-1, HKUST-1@MOF-5 z sześciennym i ośmiościennym HKUST-1 oraz symulowane wzory HKUST-1 i MOF-5. Pomiary PXRD dowiodły czystości fazowej kryształu powłoki rdzenia. umieszczenie szklanego słoika w piecu konwekcyjnym, w którym ekspresja rdzenia MOF jest ważna dla syntezy pojedynczo wyhodowanego MOF z rdzeniem.PCN-68@MOF-5, UiO-66@MIL-88B i inne mogą być syntetyzowane, postępując zgodnie z tą procedurą, co oznacza, że można je rozszerzyć na inne pary rdzeń-powłoka. Technologia ta może zapewnić systematyczną ścieżkę projektowania i syntezy MOF typu core-shell w celu poprawy wydajności w określonym zastosowaniu.

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Synteza, aktywacja i charakterystyka celowo zaprojektowanych metaloorganicznych materiałów szkieletowych jest wyzwaniem, zwłaszcza gdy bloki budulcowe są niekompatybilne lub niechciane polimorfy są termodynamicznie faworyzowane nad pożądanymi formami. Opisujemy, w jaki sposób zastosowania wspomaganej rozpuszczalnikiem wymiany łączników, dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego proszku w kapilarnach i aktywacji poprzez suszenie nadkrytycznym CO2 mogą rozwiązać niektóre z tych wyzwań.

Synteza i charakterystyka funkcjonalizowanych struktur metaloorganicznych

Przedstawiono procedurę przygotowania porowatych hybrydowych mediów separacyjnych składających się z makroporowatego monolitu polimerowego wewnętrznie pokrytego mikroporowatym polimerem koordynacyjnym o dużej powierzchni.

Otrzymywanie wysokoporowatych koordynacyjnych powłok polimerowych na makroporowatych monolitach polimerowych w celu zwiększonego wzbogacenia fosfopeptydów

Konwersja kwasu transferulowego do waniliny została osiągnięta przez katalizę heterogeniczną. W tej syntezie wykorzystano HKUST-1, a niezbędnym etapem procesu katalitycznego było wytworzenie nienasyconych miejsc metalowych. Tak więc, gdy katalizator został aktywowany w próżni, uzyskano pełną konwersję waniliny (wydajność 95%).

HKUST-1 jako niejednorodny katalizator do syntezy waniliny

Prezentujemy nowatorską, opartą na mikroprzepływach metodę syntezy kowalencyjnych struktur organicznych (COF). Pokazujemy, w jaki sposób to podejście można wykorzystać do produkcji ciągłych włókien COF, a także struktur 2D lub 3D COF na powierzchniach.

Synteza kowalencyjnych struktur organicznych (COF) oparta na mikroprzepływach: narzędzie do ciągłej produkcji włókien COF i bezpośredniego drukowania na powierzchni

Tutaj prezentujemy jednogarnkową, wolną od metali przejściowych syntezę tioli i tioestrów z halogenków aromatycznych i tiometlenku sodu, a następnie przygotowanie monokryształów sieci metal-ditiolen przy użyciu form tiolu generowanych in situ z bardziej stabilnego i podatnego na działanie tioestru.

Synteza tiolowego bloku budulcowego do krystalizacji półprzewodnikowego żyroidalnego szkieletu metal-siarka

Przedstawiono proste, powtarzalne i wszechstronne podejście do syntezy przerośniętych, polikrystalicznych metaloorganicznych membran szkieletowych na szerokiej gamie niemodyfikowanych porowatych i nieporowatych podpór.

Krystalizacja elektroforetyczna ultracienkich, wysokowydajnych membran metaloorganicznych

Tutaj opisujemy protokół syntezy niskowartościowych struktur metaloorganicznych (LVMOF) z niskowartościowych metali i wielotopowych łączników fosfinów w warunkach wolnych od powietrza. Otrzymane w ten sposób materiały mają potencjalne zastosowania jako katalizatory heterogeniczne naśladujące jednorodne katalizatory na bazie metali niskowartościowych na bazie metali.

Eksperymentalne podejścia do syntezy niskowartościowych struktur metaloorganicznych z wielotopowych łączników fosfiny

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.

Odkrycie i optymalizacja syntezy izosiatkowatych związków metaloorganicznych metaloorganicznych na bazie fosfonianów Al(III) przy użyciu metod wysokoprzepustowych

Postsyntetyczna wymiana ligandów (PSE) jest wszechstronnym i potężnym narzędziem do instalowania grup funkcyjnych w strukturach metaloorganicznych (MOF). Wystawienie MOF na działanie roztworów zawierających ligandy funkcjonalizowane triazolami i tetrazolami może włączyć te heterocykliczne ugrupowania do Zr-MOF poprzez procesy PSE.

Synteza struktur metaloorganicznych na bazie triazolu i tetrazolu na bazie Zr poprzez postsyntetyczną wymianę ligandów

Protokół syntezy i charakterystyki samoorganizujących się monowarstw szkieletu metaloorganicznego jest dostarczany przy użyciu szczepionych polimerami, kryształów metaloorganicznych (MOF). Procedura pokazuje, że cząstki MOF szczepione polimerem mogą być samoorganizujące się na granicy faz powietrze-woda, co skutkuje dobrze uformowanymi, wolnostojącymi, jednowarstwowymi strukturami, czego dowodem jest obrazowanie za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej.

Synteza i charakterystyka samoorganizujących się monowarstw metaloorganicznych z wykorzystaniem cząstek pokrytych polimerem

Poznaj dwuetapową syntezę monokrystalicznych struktur rdzeń-powłoka typu MOF z użyciem reakcji solwotermalnej. Metoda umożliwia tworzenie materiałów do separacji gazów i katalizy z bezszwowymi interfejsami.

Synteza monokrystalicznych struktur metaloorganicznych typu rdzeń-powłoka

Przeglądaj więcej filmów