כאן, אנו משתמשים במייצב פולימרי כדי להכין מתלי מסגרת מתכתית-אורגנית (MOF) המציגים פיזור מופחת במידה ניכרת בספקטרום מצב הקרקע והבליעה הארעית שלהם. עם השעיות MOF אלה, הפרוטוקול מספק הנחיות שונות לאפיון ה- MOFs באופן ספקטרוסקופי כדי להניב נתונים הניתנים לפרשנות.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
מדריך טכני לביצוע מדידות ספקטרוסקופיות במסגרות מתכת-אורגניות
במאמר זה
סיכום
תקציר
מסגרות מתכת-אורגניות (MOFs) מציעות פלטפורמה ייחודית להבנת תהליכים מונעי אור בחומרי מצב מוצק, בהתחשב בכוונון המבני הגבוה שלהם. עם זאת, ההתקדמות של פוטוכימיה מבוססת MOF עוכבה על ידי הקושי לאפיין באופן ספקטרלי חומרים אלה. בהתחשב בכך ש-MOFs הם בדרך כלל גדולים מ-100 ננומטר, הם נוטים לפיזור אור מוגזם, מה שהופך נתונים מכלים אנליטיים יקרי ערך כמו בליעה חולפת וספקטרוסקופיית פליטה לכמעט בלתי ניתנים לפענוח. כדי לקבל תובנות משמעותיות על תהליכים פוטו-כימיים ופיזיקליים מבוססי MOF, יש לשקול במיוחד הכנה נכונה של MOFs למדידות ספקטרוסקופיות, כמו גם את מערכי הניסוי המפיקים נתונים באיכות גבוהה יותר. בהתחשב בשיקולים אלה, המדריך הנוכחי מספק גישה כללית ומערכת הנחיות לחקירה ספקטרוסקופית של MOFs. המדריך עוסק בנושאים המרכזיים הבאים: (1) שיטות הכנת דגימות, (2) טכניקות/מדידות ספקטרוסקופיות עם MOFs, (3) מערכי ניסויים, (3) ניסויי בקרה ו-(4) אפיון יציבות לאחר ריצה. עם הכנת דגימות מתאימה וגישות ניסיוניות, התקדמות חלוצית לקראת ההבנה הבסיסית של אינטראקציות אור-MOF ניתנת להשגה משמעותית יותר.
מבוא
מסגרות מתכתיות-אורגניות (MOFs) מורכבות מצמתים של תחמוצת מתכת המקושרים על ידי מולקולות אורגניות, היוצרות מבנים נקבוביים היררכיים כאשר החלקים המרכיבים אותם מגיבים יחד בתנאים סולבותרמיים1. MOFs נקבוביים לצמיתות דווחו לראשונה בתחילת שנות ה-2000, ומאז, התחום המתפתח התרחב והקיף מגוון רחב של יישומים, בהתחשב בכוונון הייחודי של הרכיבים המבניים שלהם 2,3,4,5,6,7. במהלך צמיחת תחום MOFs, היו קומץ חוקרים ששילבו חומרים פוטואקטיביים בצמתים, בליגנדות ובנקבוביות של M....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
1. הכנת מתלי MOF באמצעות מייצב פולימרי
- שקלו 50 מ"ג של פוליאתילן גליקול עם סיום ביס-אמינו (PNH2, Mn ~1,500) (ראו טבלת חומרים) והעבירו לבקבוקון של דראם אחד (Table of Materials). שקלו 1-5 מ"ג PCN-222(fb) (ראו פרוטוקול סינתטי11) והכניסו אותו לאותו בקבוקון עם PNH2.
הערה: כדי להשיג את מתלי ה-MOF הטובים ביותר האפשריים, התנאים הסינתטיים הדרושים ליצירת גדלי חלקיקי MOF צריכים להיות ב-1 מיקרומטר או פחות. - מצא ממס מתאים (אם לא מים, השתמש בממס נטול מים כגון דימתילפורממיד [DMF] או אצטוניטריל [ACN]; ראה טבלת חומרים) כדי להשעות את MOF, ווד....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
ספקטרום הבליעה האלקטרוני של PCN-222(fb) עם ובלי PNH2 וסינון מוצגים באיור 4. ה- MOF ללא PNH2 היה רק קצה סוני ומדולל. כאשר משווים בין שני הספקטרים, ההבדל הגדול ביותר הוא מזעור הפיזור הבסיסי, שמופיע כבליעה רחבה כלפי מעלה עם אורכי גל פוחתים וגם מרחיב את המעברים האלקטרוניים באופן ניכר למדי. לשם השוואה נוספת, ליגנד PCN-222(fb) בתמיסה, tetracarboxyphenylporphyrin (H2TCPP), מסופק באיור משלים 3. אינדיקטור לפיזור קו הבסיס הוא ספיגה כלפי מעלה ב- MOF שבה.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
בעוד שהתוצאות והפרוטוקולים לעיל מתווים הנחיות כלליות למזעור הפיזור מ-MOFs באפיון ספקטרוסקופי, קיימת שונות גדולה בגודל ובמבנה חלקיקי MOF המשפיעה על התוצאות הספקטרוסקופיות, ולכן מטשטשת את שיטות הפרשנות. כדי לעזור להבהיר את הפרשנות ולהקל על המתח שמגיע עם ניתוח נתונים ספקטרוסקופיים של MOF, מציאת הליך שיהפוך את MOFs לקטנים ככל האפשר הוא המפתח. זהו גורם מגביל עבור רוב הניתוחים הקשורים לספקטרוסקופיה של MOFs. לפני כל הכנות נוספות נעשות, גודל חלקיקי MOF הוא גורם קריטי שיש לקחת בחשבון. נקודת התחלה פנטסטית היא לחפש הליכים סינתטיים .......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
המחברים מצהירים כי אין אינטרסים מתחרים.
תודות
עבודה זו נתמכה על ידי משרד האנרגיה תחת מענק DE-SC0012446.
....הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| תושבת לדוגמא קובטה 1 ס"מ (SM1) | Edinburgh Instruments | n/a | חברת קשר |
| 1 מ"ל מזרקים חד פעמיים | EXELINT | 26044 | |
| 10 מ"ל מזרקים חד פעמיים | EXELINT | 26252 | |
| בקבוקוני 1 דראם | FisherSci | CG490001 | |
| מסנני מזרק 20 ננומטר | VWR | 28138-005 | המסננים מיוצרים על ידי Whatman/Cytiva, ומספרם הקטלוגי הוא 6809-1002 |
| מסנני מזרק 200 ננומטר | Cytiva, Whatman | 6784-1302 | |
| ספקטרופוטומטר ספיגה | Agilent | Cary 5000 ספקטרופוטומטר | חברת צור |
| קשר Acetronitrile (ACN) | FisherSci | AA36423 | |
| Ar מיכל גז | Linde / PraxAir | P-4563 | |
| bis פוליאתילן גליקול עם סיומת אמינו (PNH2) | Sigma-Aldrich | 452572 | MOF חומר השעיה |
| הידוק תושבת מדגם עבור nsTA (SM2) | מערכות אולטרה-מהירות | n/a | חברת קשר |
| עדשה קעורה לטלסקופ (CCL1) | Thorlabs | LD1613-A-ML | |
| עדשה קמורה לטלסקופ (CVL1) | Thorlabs | LA1708-A-ML | |
| תא אופטי מותאם אישית 1 ס"מ עם מפרק חיצוני 24/40 | QuarkGlass | QSE-1Q10-2440 (Spectrosil Cat #1-Q-10 | ביקשנו מהתא בגודל 1 ס"מ שיהיה |
| תא אופטי מותאם אישית 2 מ"מ משותף עם מפרק חיצוני 14/20 | QuarkGlass | QSE-1Q2-1420 (Spectrosil Cat # 1- Q-2) | ביקשנו מהתא בגודל 2 מ"מ שיהיה לו |
| משותף Dimethylformamide (DMF) | FisherSci | D119 | |
| (Nd: YAG שאוב) עבור פלט 415 ננומטר | צבע לייזר Sirah | CobraStretch | |
| , Exalite 417 | Luxottica | 4170 | |
| לייזר פמטו-שנייה | קוהרנטי | אסטרלה | |
| פלואורימטר | Photon Technology Inc. (Horiba) | QuantaMaster QM-200-4E | |
| מנורת קשת פלואורמטר, 75 W | Newport | 6251NS | |
| פלואורמטר PMT | Hamamatsu | 1527 | |
| תוכנת פלואורמטר | PTI/Horiba | FelixGX | |
| מודול פלואוריקטור TCSPC | Becker & Hickl GmbH | PMH-100 | |
| תושבות עדשה לטלסקופ | Thorlabs | LMR1 | |
| מחטי טיהור ארוכות | STERiJECT | PRE-22100 | |
| מערבל מגנטי | מערכות מהירות | במיוחד n/a | מראה חברת קשר |
| 1 (MM1) 350-700 ננומטר | ניופורט | 10Q20BB.1 | |
| MM1 הר | Thorlabs | KM100 | |
| MM1 post | Thorlabs | TR2 | |
| MM1 מחזיק עמוד | Thorlabs | PH1.5 | |
| MM2 הר | Thorlabs | MFM05 | |
| MM2,3 מראות | Thorlabs | BB03-E02 | |
| MM2,3 post | Thorlabs | MS3R | |
| MM2,3 בסיסי פוסט | Thorlabs | MBA1 | |
| MM2,3 מחזיקי עמודים | Thorlabs | MPH50 | |
| MM3 הר | Thorlabs | MK05 | |
| עמודי הרכבה לאופטיקה של טלסקופ | Thorlabs | TR4 | |
| Nanosecond TA Nd:YAG לייזרים | ספקטרה-פיזיקה | QuantaRay INDI Nd:YAG | |
| ספקטרומטר TA ננו-שנייה | אדינבורו אינסטרומנטס | LP980 | |
| nsTA מצלמת ICCD | אוקספורד אינסטרומנטס | אנדור iStar מצלמת ICCD | צור קשר עם חברת |
| nsTA PMT | Hamamatsu | R928 | |
| מגבר פרמטרי אופטי | מערכות אולטרה-מהירות | אפולו | |
| Parafilm | FisherSci | S37440 | |
| גלגל חור | Thorlabs | PHW16 | |
| בסיס עמוד גלגל | חור Thorlabs | CF125C | |
| מחזיק עמוד גלגל | חור Thorlabs | PH1.5 | |
| מכלול עמוד גלגל / הרכבה | Thorlabs | NDC-PM | |
| בסיסי עמוד לאופטיקה של טלסקופ | Thorlabs | CF125C | |
| מחזיקי עמודים לאופטיקה של טלסקופ | Thorlabs | PH4 | |
| גלאי כוח עבור ns TA | Thorlabs | S310C | |
| מכלול פריזמה (P2,3) | Edinburgh Instruments | n/a | חברת קשר |
| תושבת פריזמה (P1) | OWIS | K50-FGS | |
| (P1) | Thorlabs | TR4 | |
| (P1) | Thorlabs | CF125C | |
| (P1) | מנסרות קוורץ Thorlabs | PH4 | |
| (P1-P3) | Newport | 10SR20 | |
| מחיצות מפרק חיצוניות גומי (14/20) | VWR | 89097-540 | |
| חיצוני גומי מחיצה משותפת (24/40) | ChemGlass | CG-3022-24 | |
| קצה סוניקציה | ברנסון | הופסק | החלופה הקרובה ביותר היא קוטר 1/8 אינץ'. טיפ ממסנני ND מרובעים iUltrasonic |
| Thorlabs | NEK01S | ||
| מוטות ערבוב | StarnaCells/FisherSci | NC9126395 | |
| גלאי כוח Thorlabs עבור ufTA | Thorlabs | S401C | |
| מד כוח | Thorlabs Thorlabs | PM100D | |
| סוניקטור טיפ | ברנסון | דיגיטלי סוניפר 450, המוצר הופסק | האלטרנטיבה הקרובה ביותר היא SFX550 מצינורות iUltrasonic |
| Tygon | Grainger | 8Y589 | |
| ufTA ND גלגל מסנן | Thorlabs | NDC-25C-2-A | |
| ufTA ND מסנן גלגל הר | Thorlabs | NDC-PM | |
| ufTA ND מסנן גלגל פוסט | Thorlabs | PH2 | |
| ufTA ND מסנן גלגל פוסט בסיס | Thorlabs | CF125C | |
| ufTA משאבת יישור מראה | Thorlabs | PF10-03-F01 | |
| מכלול טלסקופ TA מהיר במיוחד | מערכות אולטרה-מהירות | n/a | חברת קשר |
| ספקטרומטר ספיגה חולפת מהירה במיוחד | מערכות | אולטרה-מהירותמנורת בדיקה קשת HeliosFire | |
| Xe | OSRAM | 4050300508788 |
מקורות
- Zhou, H. -C., Long, J. R., Yaghi, O. M. Introduction to metal-organic frameworks. Chemical Reviews. 112 (2), 673-674 (2012).
- Li, H., et al. Recent advances in gas storage and separation using metal-organic frameworks. Materials Today. 21 (2), 108-121 (201....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
