Методическая статья

Поиск и оптимизация синтеза изоретикулярных соединений металлоорганического каркаса на основе Al(III) фосфонатов с использованием высокопроизводительных методов

DOI:

10.3791/65441

⸱

6 октября 2023 г.

 ,  , 
1Department of Inorganic Chemistry, Kiel University

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Целенаправленный синтез новых металлоорганических каркасов (МОФ) сложен, и их открытие зависит от знаний и творчества химика. Высокопроизводительные методы позволяют быстро и эффективно исследовать сложные поля синтетических параметров, ускоряя процесс поиска кристаллических соединений и выявления синтетических и структурных трендов.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Высокопроизводительные методы (HT) являются важным инструментом для быстрого и эффективного скрининга параметров синтеза и открытия новых материалов. В данной работе описан синтез металлоорганических каркасов (МОФ) из раствора с использованием НТ-реакторной системы, в результате которого были обнаружены различные МОФ на основе фосфонатов состава [Al 2 H 12-x(PMP)3]Cl x∙6H2O (H 4 PMP = N,N'-пиперазин бис(метиленфосфоновая кислота)) дляx =4, 6, обозначаемых как Al-CAU-60-xHCl, содержащих ионы трехвалентного алюминия. Это было достигнуто в условиях сольвотермической реакции путем систематического скрининга влияния молярного отношения линкера к металлу и рН реакционной смеси на образование продукта. Протокол исследования ГТ включает в себя шесть этапов: а) планирование синтеза (ДОЭ = дизайн эксперимента) в рамках методологии ГТ, б) дозирование и работа с ГТ-реакторами собственной разработки, в) сольвотермический синтез, г) синтез с использованием фильтрационных блоков собственной разработки, д) определение характеристик методом рентгеновской дифракции порошка ГТ и е) оценка данных. Методология HT впервые была использована для изучения влияния кислотности на образование продукта, что привело к открытию Al-CAU-60∙xHCl (x = 4 или 6).

Введение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Металлоорганические каркасы (МОФ) представляют собой пористые кристаллические соединения, структура которых состоит из металлосодержащих узлов, таких как ионы металлов или кластеры металл-кислород, которые соединены органическими молекулами (линкерами)1. Варьируя металлосодержащие узлы, а также линкер, можно получить различные соединения, которые проявляют широкий спектр свойств и, следовательно, имеют потенциальное применение в различных областях1.

Стабильность материала важна для его применения 1,2,3.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

В этом протоколе описывается HT-исследование химических систем с целью обнаружения новых кристаллических материалов на примере Al-CAU-6029 .

1. Планирование эксперимента (DOE)

ПРИМЕЧАНИЕ: Первым шагом является разработка плана синтеза, который требует знания настройки реактора (рис. 2), используемых реагентов и растворителей. Эта процедура планирования синтеза адаптирована для выполнения 24 или 48 реакций по определенной температурно-временной программе, для чего используются стальные мультиклавы собственного производства для одновременного выпо....

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Данные PXRD показаны на рисунке 9. Для первой оценки полученные результаты связываются с параметрами синтеза исследуемого пространства параметров. Исследование проводили с использованием шести различных молярных соотношений линкера к металлу и четырех различных молярных соотношений NaOH/HCl к Al3+. Связав эту информацию с полученными данными PXRD (рис. 9), можно увидеть, что продукты низкой кристалличности были получены из синтезов при молярном соотно.......

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Из-за сложности метода HT отдельные этапы и сам метод обсуждаются в следующих разделах. В первой части описываются критические этапы для каждого рабочего этапа рабочего процесса HT (рис. 1), возможные модификации и ограничения метода, где это применимо. В заключение представлена общая дискуссия, включающая также значение метода HT по отношению к существующим методам и будущим приложениям.

На первом этапе рабочего процесса HT, DOE, необходимо хорошо выбрать соотве.......

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Работа была поддержана Университетом Кристиана Альбрехта, Федеральной землей Шлезвиг-Гольштейн и Немецким исследовательским обществом (особенно STO-643/2, STO-643/5 и STO-643/10).

Норберт Шток хотел бы поблагодарить B.Sc, M.Sc и докторантов, а также партнеров по сотрудничеству, которые реализовали много интересных проектов с использованием высокопроизводительной методологии, в частности, профессора Бейна из Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене, который сыграл важную роль в разработке реакторов.

....

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
AlCl3· 6H2OGrü ssingN/A99%
Фильтрующий блок для фильтрации макс. 48 реакционных смесейСобственное производствоН/ДТехнические чертежи в дополнительных файлах
Соляная кислотаHoneywell258148Conc. 37 %, а/я
Мультиклавы с 24 индивидуальными тефлоновыми вставкамисобственного производства Н/ДТехнические чертежи в дополнительных файлах
N,N'-пиперазин бис (метиленфосфоновая кислотаПодготовлено коллегамиN/AH4PMP,  Подготовлено коллегами по методу, описанному Villemin et al.: D. Villemin, B. Moreau, A. Elbilali, M.-A. Didi, M.'h. Kaid, P.-A. Jaffrè s, фосфор, сера, кремнийний релят. Elem. 2010, 185, 2511.
Образец пластины для PXRDсобственного производстваН/Д Техническиечертежи в дополнительных файлах
Гидроксид натрияGrü ssingN/A99%
Stoe Stadi P CombiSTOEStadi P CombiCu-Kα излучение 1 (λ = 1,5406 Å); геометрия трансмиссии; MYTHEN2 детектор 1К; угол раскрытия 18°;; изогнутый  монохроматор; xy-table
Печь с принудительной конвекциейMemmertUFP400

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Kaskel, S. The Chemistry of Metal-Organic Frameworks: Synthesis, Characterization, and Applications. , Wiley-VCH. Weinheim. (2016).
  2. Ding, M., Cai, X., Jiang, H. -L. Improving MOF stability: approaches and applications. Chemical Science. 10 (44), 10209-10230 (2019).....

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи