Summary
Burada, düşük değerli metal-organik çerçevelerin (LVMOF'lar) düşük değerli metallerden ve çok toppik fosfin bağlayıcılarından havasız koşullar altında sentezlenmesi için bir protokol açıklıyoruz. Elde edilen malzemeler, düşük değerli metal bazlı homojen katalizörlerin heterojen katalizör taklitleri olarak potansiyel uygulamalara sahiptir.
Abstract
Metal-organik çerçeveler (MOF'ler), gaz depolama ve ayırma, biyotıp, enerji ve katalizdeki potansiyel uygulamaları nedeniyle yoğun araştırma odağının konusudur. Son zamanlarda, düşük değerli MOF'lar (LVMOF'lar) heterojen katalizörler olarak potansiyel kullanımları için araştırılmıştır ve multitopik fosfin bağlayıcılarının LVMOF'ların oluşumu için yararlı bir yapı taşı olduğu gösterilmiştir. Bununla birlikte, fosfin bağlayıcıları kullanarak LVMOF'ların sentezi, hava ve suyun dışlanması ve geleneksel olmayan modülatörlerin ve çözücülerin kullanımı da dahil olmak üzere MOF sentetik literatürünün çoğundakilerden farklı koşullar gerektirir ve bu da bu malzemelere erişmeyi biraz daha zorlaştırır. Bu çalışma, aşağıdakiler hakkında bilgi de dahil olmak üzere LVMOF'ların fosfin bağlayıcılarla sentezi için genel bir öğretici görevi görür: 1) metal öncülünün, modülatörün ve çözücünün akıllıca seçimi; 2) Deneysel prosedürler, havasız teknikler ve gerekli ekipmanlar; 3) Ortaya çıkan LVMOF'ların uygun şekilde depolanması ve elleçlenmesi; ve 4) bu malzemeler için yararlı karakterizasyon yöntemleri. Bu raporun amacı, MOF araştırmasının bu yeni alt alanının önündeki engeli azaltmak ve yeni katalitik malzemelere doğru ilerlemeleri kolaylaştırmaktır.
Introduction
Metal-organik çerçeveler veya MOF'lar, kristalin, gözenekli malzemelerin bir sınıfıdır1. MOF'lar, genellikle ikincil bina birimleri (SBU'lar) olarak adlandırılan metal iyonlarından veya metal iyon kümesi düğümlerinden ve iki ve üç boyutlu ağ yapıları2 vermek için çok topikli organik bağlayıcılardan oluşur. Son otuz yılda, MOF'lar gaz depolama3 ve ayırma4, biyotıp5 ve kataliz6'daki potansiyel kullanımları nedeniyle kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Bildirilen MOF'ların ezici çoğunluğu, yüksek oksidasyon durumu metal düğümlerinden ve karboksilatlar2 gibi sert, anyonik donör bağlayıcılardan oluşur. Bununla birlikte, birçok homojen katalizör, fosfinler7 gibi yumuşak donör ligandlarla kombinasyon halinde yumuşak, düşük değerli metaller kullanır. Bu nedenle, düşük değerli metaller içeren MOF'ların kapsamını genişletmek, MOF'ların uygulanabileceği katalitik dönüşümlerin aralığını artırabilir.
Düşük değerli metallerin gömülü yumuşak donör bölgeleri kullanılarak MOF'lara dahil edilmesi için oluşturulan stratejilerin kapsamı sınırlıdır ve ana MOF yapısının serbest gözenek hacmini azaltır 6,8,9,10. Alternatif bir yaklaşım, düşük değerli metalleri doğrudan düğümler veya SBU'lar olarak, MOF'u oluşturmak için bağlayıcılar olarak çok topikli yumuşak donör ligandlarla birlikte kullanmaktır. Bu strateji sadece MOF'taki düşük değerli metal sahaların yüksek oranda yüklenmesini sağlamakla kalmaz, aynı zamanda çerçeve yapısı11'in kararlılığının bir sonucu olarak çözeltiye metal sızıntısını azaltabilir veya önleyebilir. Örneğin, Figueroa ve iş arkadaşları çok topikli izosiyanür ligandlarını yumuşak donör bağlayıcılar olarak ve Cu(I)12 veya Ni(0)13'ü iki ve üç boyutlu MOF'lar üretmek için düşük değerli metal düğümler olarak kullandılar. Benzer şekilde, Pederson ve iş arkadaşları, bağlayıcı14 olarak pirazin kullanarak sıfır değerlikli grup 6 metal düğümleri içeren MOF'ları sentezlediler. Daha yakın zamanlarda, laboratuvarımız tetratopik fosfin ligandlarını Pd (0) veya Pt (0) düğümleri içeren MOF'ların inşası için bağlayıcılar olarak bildirmiştir (Şekil 1)15. Bu MOF'lar, homojen katalizör7'de fosfin bağlı düşük değerli metal komplekslerinin prevalansı nedeniyle özellikle ilginçtir. Bununla birlikte, genel bir malzeme sınıfı olarak düşük değerli MOF'lar (LVMOF'lar) MOF literatüründe nispeten az araştırılmıştır, ancak azit-alkin kuplajları 16, Suzuki-Miyaura kuplajları 17,18, hidrojenasyon17 ve diğerleri 11 gibi reaksiyonlar için heterojen katalizdeki uygulamalar için büyük umut vaat etmektedir.
Şekil 1: Fosfin bağlayıcılar kullanılarak LVMOF'ların sentezi. Sikma ve Cohen15, tetratopik fosfin ligandları, E1, bağlayıcılar olarak, Pd (0) ve Pt (0) düğümleri ve bir modülatör olarak trifenilfosfin kullanarak üç boyutlu LVMOF'ların, E1-M'nin sentezini bildirmiştir. Merkezi atom E, Si veya Sn olabilir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
LVMOF'ların bağlayıcılarının ve düğümlerinin doğasındaki farklılıklar, geleneksel MOF malzemelerine kıyasla onlara benzersiz özellikler kazandırabilirken, bu farklılıklar sentetik zorluklar da ortaya çıkarmaktadır. Örneğin, MOF literatüründe yaygın olarak kullanılan metal öncüllerin ve bağlayıcıların birçoğu hava2'de kullanılabilir. Buna karşılık, fosfin bazlı LVMOF'ların başarılı bir şekilde sentezlenmesi, hem havanın hem de suyun dışlanmasını gerektirir15. Benzer şekilde, kristalliği arttırmak için kullanılan modülatör tipleri ve fosfin bazlı LVMOF'ların sentezinde kullanılan çözücüler, MOF literatürünün çoğunda kullanılanlara kıyasla olağandışıdır15. Sonuç olarak, bu malzemelerin sentezi, deneyimli MOF kimyagerlerinin bile daha az aşina olabileceği ekipman ve deneysel teknikler gerektirir. Bu nedenle, bu engellerin etkisini en aza indirmek amacıyla, bu yeni malzeme sınıfının sentezi için adım adım bir yöntem burada sağlanmaktadır. Burada özetlenen protokol, genel deneysel prosedür, havasız teknikler, gerekli ekipman, LVMOF'ların uygun şekilde depolanması ve taşınması ve karakterizasyon yöntemleri dahil olmak üzere fosfin bazlı LVMOF'ların sentezinin tüm yönlerini kapsar. Metal öncül, modülatör ve çözücü seçimi de tartışılmaktadır. Yeni araştırmacıların bu alana girişini sağlamak, katalizdeki uygulamalar için yeni LVMOF'ların ve ilgili malzemelerin keşfedilmesini hızlandırmaya yardımcı olacaktır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Schlenk hattının kurulması
- Tüm muslukların kapalı olduğundan emin olun, ardından soğuk tuzağı bir O-ring kullanarak Schlenk hattına sabitleyin (kurulumumuzda boyut 229 kullanıldı, ancak boyut kullanılan Schlenk hattına bağlı olarak değişebilir) ve kelepçe.
- Vakum pompasını açın (gaz-balast kapalı) ve ardından Schlenk hattının musluklarını, tüm aparat vakuma açık olacak şekilde açın.
NOT: Hortumlara veya havaya açık diğer musluklara musluklar açmayın; Aparat dinamik bir vakum altında kapalı bir sistem olmalıdır. - Schlenk hattının atmosferi tahliye edilirken en az 5 dakika bekleyin.
NOT: Bazı Schlenk hatlarına, cihazın dinamik bir vakum altında ulaşacağı en düşük basıncı belirlemek için bir barometre takılabilir. Bu basınca 5 dakika geçmeden ulaşıldıysa, bir sonraki adıma geçin. - Schlenk hattının soğuk tuzağını etrafına sıvı azotla dolu bir Dewar şişesi yerleştirerek soğutun. Dewar şişesinin üstünü örtmek için bir havlu kullanın ve deney sırasında sıvı azotun buharlaşmasını yavaşlatın.
DİKKAT: Sıvı azotla temas cilde ve gözlere ciddi zararlar verebilir ve sadece güvenli bir şekilde kullanmak için eğitilmiş kişiler tarafından ele alınmalıdır. Cilt ve göz koruması kullanın.
NOT: Genellikle, önce boş Dewar şişesini soğuk tuzağın etrafına yerleştirmek ve ardından Dewar şişesini sıvı azotla doldurmak için ikinci bir Dewar kullanmak daha kolay ve güvenlidir. - Kabarcığı hafif bir akışa (yaklaşık 3 kabarcık/sn) inert gaz (N, 2(g) veya Ar(g)) açın.
2. Katı reaktiflerin ölçülmesi
- Reaksiyon şişesine tetrakis (trifenilfosfin) paladyum (0) ve trifenilfosfin modülatörü eklenmesi.
- Katı ek huni olarak kullanmak için bir parça tartım kağıdını bir koninin içine yuvarlayın ve 10 mL'lik şişenin musluk açıklığına yerleştirin. Koninin alt kısmının, hortum ataşmanı boyunca uzanacak kadar uzağa yerleştirildiğinden emin olun.
NOT: Tartım kağıdını yuvarlamak için boş bir NMR tüpü veya benzer şekilde küçük boru şeklinde bir nesne kullanmak, musluk açıklığına sığmak için gereken küçük çapın elde edilmesine yardımcı olur. - Tetrakis (trifenilfosfin) paladyumu (0) (0.084 g, 0.073 mmol, 1 eşdeğeri) 10 mL'lik şişeye farklılıklarla tartın.
DİKKAT: Tetrakis (trifenilfosfin) paladyum (0), özellikle yutulduğunda vücuda zararlıdır ve havada ince bir şekilde dağılırsa tutuşabilir. Toz oluşumundan ve her türlü temastan kaçının ve kişisel koruyucu ekipman giyin.
NOT: Şişe ve tartım kağıdı konisi, tüm katının şişenin altına aktarıldığından emin olmak için hafifçe dokunulabilir. - Adım 2.1.2'yi trifenilfosfin (1.23 g, 4.67 mmol, 64 eşdeğeri) ile tekrarlayın.
DİKKAT: Trifenilfosfin vücuda ve merkezi sinir sistemine zararlıdır. Her türlü temastan kaçının ve kimyasallara dayanıklı eldivenler de dahil olmak üzere kişisel koruyucu ekipman giyin. - Tartım kağıdı konisini atın ve poli(tetrafloroetilen) (PTFE) musluğu 10 mL'lik şişeye vidalayın.
- Katı ek huni olarak kullanmak için bir parça tartım kağıdını bir koninin içine yuvarlayın ve 10 mL'lik şişenin musluk açıklığına yerleştirin. Koninin alt kısmının, hortum ataşmanı boyunca uzanacak kadar uzağa yerleştirildiğinden emin olun.
- Tetratopik fosfin bağlayıcıyı ayrı bir 10 mL şişeye ölçün.
- Adım 2.1.1'i ikinci bir 10 mL şişe ile tekrarlayın.
- İkinci 10 mL şişeyi kullanarak, adım 2.1.2'yi tetratopik fosfin bağlayıcı Sn1 (0.085 g, 0.073 mmol, 1 eşdeğeri) ile tekrarlayın.
DİKKAT: Sn1'in tehlikeli özellikleri bilinmemektedir. Bir Sn (IV) bileşiği ve üçüncül bir fosfin olduğu için, akut toksik olduğunu varsayın ve her türlü temastan kaçının. Kimyasallara dayanıklı eldivenler de dahil olmak üzere kişisel koruyucu ekipman giyin. - İkinci 10 mL şişe ile adım 2.1.4'ü tekrarlayın.
3. Reaktifleri inert bir atmosfer altına sokmak
- Schlenk hattından 10 mL'lik şişelerin her birine bir hortum (siyah kauçuk vakum borusu, iç çap 3/16 x duvarda 3/16) bağlayın.
- PTFE musluğunu, kabın hortuma açık olduğu kadar açın.
NOT: Musluk çok geniş açıksa, tahliye sırasında katı maddeler hortuma çekilebilir. - Her iki 10 mL'lik şişeyi de vakuma açın. 5 dakika bekleyin.
- Her 10 mL'lik şişenin musluğunu kapatın ve ardından her hortumu vakuma kapatın. Hortumları inert gaza geçirin ve ardından inert gazla doldurmak için her 10 mL'lik şişenin musluğunu yavaşça açın.
NOT: Vakumdan inert gaza geçerken, inert gazın kabarcık akışının, petrolün Schlenk hattına çekilmesini önleyecek kadar yüksek, ancak şişedeki katıları rahatsız etmeyecek kadar düşük olduğundan emin olun. Sistemi asla aynı anda hem vakum hem de inert gaz için açmayın. - Toplam üç döngü için 3.3-3.4 arasındaki adımları iki kez daha yineleyin.
4. İnert bir atmosfer altında reaktiflere çözücü eklenmesi
- Havanın şişeye girmesini önlemek için yeterli olan pozitif bir inert gaz basıncı altında, PTFE musluğunu çıkarın ve her 10 mL şişe için bir septum ile değiştirin.
- Paladyum ve fosfin karışımına toluen ve metilen klorür ekleyin.
- 1.5 mL kuru ve oksijensiz tolueni tetrakis (trifenilfosfin) paladyum (0) ve trifenilfosfin içeren şişeye aktarmak için bir şırınga ve iğne kullanın.
DİKKAT: Toluen hem toksik hem de yanıcıdır. Her türlü temastan kaçının, ısı kaynaklarından uzak tutun, davlumbazda çalışın ve kişisel koruyucu ekipman giyin.
NOT: Solventler, inert gaz altında aktif bir alüminyum kolondan geçirilerek kurutulabilir ve 30 dakika boyunca inert gazla serpilerek oksijenden arındırılabilir. Çözeltiyi çizmeden önce şırıngayı ve iğneyi inert gazla üç kez temizlediğinizden emin olun. - Adım 4.2.1'i 1,5 mL kuru ve deoksijene metilen klorür ile tekrarlayın.
DİKKAT: Metilen klorür toksik ve kanserojendir. Her türlü temastan kaçının, duman davlumbazında çalışın ve kişisel koruyucu ekipman giyin. - Tüm katı maddeler çözünene kadar şişeyi döndürün (yaklaşık 30 sn).
- 1.5 mL kuru ve oksijensiz tolueni tetrakis (trifenilfosfin) paladyum (0) ve trifenilfosfin içeren şişeye aktarmak için bir şırınga ve iğne kullanın.
- Tetratopik fosfin bağlayıcıya metilen klorür ekleyin.
- 3.0 mL kuru ve oksijensiz tolueni tetratopik fosfin bağlayıcı Sn1'i içeren şişeye aktarmak için bir şırınga ve iğne kullanın.
- Tüm katı madde çözülene kadar şişeyi döndürün (yaklaşık 30 sn).
5. Bağlayıcının paladyum ve fosfin karışımına eklenmesi
- Tüm Sn1 bağlayıcı çözeltisini tetrakis (trifenilfosfin), paladyum (0) ve trifenilfosfin içeren şişeye aktarmak için bir şırınga ve iğne kullanın.
- İyice karıştırmak için çözeltiyi 30 sn döndürün, ardından septumu, havanın şişeye girmesini önlemek için yeterli bir inert gaz pozitif basıncı altında PTFE musluğu ile değiştirin ve şişeyi kapatın.
- Sonicate (40 kHz) ek bir 30 s için reaksiyon çözeltisi.
6. Reaksiyonun ısıtılması
- Kapalı şişeyi 60 ° C'de önceden ısıtılmış bir yağ banyosuna yerleştirin ve çalkalamadan 24 saat bekletin.
7. MOF ürününün izole edilmesi
- Şişeyi yağ banyosundan çıkarın ve oda sıcaklığına soğumasını bekleyin.
DİKKAT: Sıcak cam eşyaları ve/veya yüzeyleri kullanırken, ısıya dayanıklı eldivenler giydiğinizden emin olun. - Küçük bir Buchner hunisi ve filtre kağıdı (8 μm gözenek boyutu) kullanarak bir vakum filtreleme aparatı kurun.
- PTFE musluğunu şişeden çıkarın ve ardından süspansiyonun toplam hacmini filtreye aktarmak için bir pipet kullanın.
NOT: Filtrenin üst kısmından hafif bir inert gaz akışı, oksijene duyarlı MOF ürününün ayrışmasını önlemeye yardımcı olabilir. - Katıyı 2 mL deoksijene 3:1 metilen klorür/toluen çözeltisi ile durulayın. Bu adımı iki kez daha tekrarlayın ve katının filtre kağıdında 3 dakika kurumasını bekleyin.
- Katıyı önceden tartılmış bir şişeye kazıyın ve ardından Sn1-Pd verimini elde etmek için şişeyi tartın.
NOT: Havadaki oksijen varlığında ayrışmayı önlemek için LVMOF malzemesini inert gaz veya dinamik vakum altında saklayın.
8. MOF ürününün toz X-ışını kırınımı (PXRD) ile karakterizasyonu
- Yaklaşık 20-30 mg kristal katı maddeyi bir silikon PXRD numune tutucusuna aktarın.
NOT: Sn1-Pd , PXRD ile karakterizasyon için havada yeterince kararlı olsa da, daha fazla havaya duyarlı LVMOF malzemesi inert atmosfer eldiven kutusuna aktarılabilir ve sızdırmaz kılcal PXRD numune tutucusuna yüklenebilir. - Numune tutucuyu bir difraktometreye yerleştirin ve cihazın kapağını kapatın.
- PXRD desenini 4 ila 40 2θ arasında toplayın (0,5 s/adım tarama hızı, 0,0204° 2θ adım boyutu) ve verileri Sn1-Pd'nin simüle edilmiş toz deseniyle karşılaştırın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Sn1-Pd'nin başarılı sentezi parlak sarı, kristalin bir katı üretir. Benzer tetratopik fosfin bağlayıcıları kullanan Pd(0) MOF ürünleri de sarıdır. Reaksiyonun başarılı olup olmadığını belirlemenin en etkili yolu, PXRD modelini toplamak ve numunenin kristalliğini değerlendirmektir. Örneğin, Şekil 2, kristalin Sn1-Pd'nin PXRD modelini göstermektedir. Numunenin kristalin olduğunu doğrulamak için temel özellikler, yansıma zirvelerinin nispeten keskin olması ve taban çizgisinin düz olmasıdır. Pik genişleme genellikle amorf bir malzemenin göstergesidir. Örnek vermek gerekirse, Şekil 3, sentetik prosedürde trifenilfosfin modülatörü kullanılmayan bir Sn1-Pd örneğinin PXRD modelini göstermektedir. Bu durumda, tanısal yansıma sinyalleri, sentezde 64 eşdeğer trifenilfosfin modülatörünün kullanıldığı bozulmamış numuneye kıyasla belirgin şekilde genişti. Bu genişleme etkisi, özellikle ortam hava koşullarına 72 saatten fazla maruz kaldıktan sonra, oksijen varlığında ayrışma üzerine de gözlenir. Bu nedenle, kristalliğin ayrışmasını ve bozulmasını önlemek için numunelerin inert gaz altında veya dinamik bir vakum altında saklanması kritik öneme sahiptir. İstenilen LVMOF ürününün kristal yapısı veya benzer bir yapı biliniyorsa, deneysel toz deseniyle karşılaştırılmak üzere simüle edilmiş bir PXRD deseni oluşturulabilir. İki PXRD modeli iyi eşleşiyorsa, LVMOF örneğinin kalitesi tatmin edici olmalıdır (Şekil 2). Deneysel LVMOF PXRD deseninin, benzer bir LVMOF için simüle edilmiş PXRD deseniyle mükemmel bir şekilde eşleşmemesine rağmen; Bununla birlikte, düşük bir açıdaki en belirgin yansımalar korunursa, bu, yeni sentezlenen LVMOF'un, simüle edilmiş PXRD deseninin üretildiği LVMOF'a izoyapısal olduğuna dair güçlü kanıtlar sağlar.
Resim 2: Bozulmamış Sn1-Pd'nin PXRD modeli. Bozulmamış bir Sn1-Pd örneği için elde edilen PXRD deseni mavi renkle gösterilmiştir. Bu örnek, kristalin bir malzeme elde etmek için 64 eşdeğer trifenilfosfin modülatörü kullanılarak hazırlanmıştır. Siyah renkteki deneysel PXRD deseninin altında, kristal yapı15'ten elde edilen Si1-Pd'nin simüle edilmiş PXRD deseni bulunur. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Resim 3: Amorf Sn1-Pd'nin PXRD paterni. Amorf bir Sn1-Pd örneği için elde edilen PXRD paterni gösterilmiştir. Bu numune, amorf veya zayıf kristalli bir malzeme ile sonuçlanan herhangi bir trifenilfosfin modülatörü olmadan hazırlanmıştır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Protokolde, istenen fosfin bazlı LVMOF ürününün yeterli kristalliğe sahip olması için izlenmesi gereken birkaç kritik adım vardır. Birincisi, metal öncü ve modülatör karışımının (bu durumda, sırasıyla tetrakis (trifenilfosfin) paladyum (0) ve trifenilfosfin) multitopik fosfin bağlayıcısından (bu durumda, Sn1) bağımsız olarak çözülmesi gerektiğidir. Bu, modülatörün bağlayıcıya göre etkili konsantrasyonu çok düşük olduğunda veya hiç modülatör bulunmadığında ortaya çıkan amorf koordinasyon polimerlerinin hızlı ve geri dönüşümsüz oluşumunu önlemek içindir15. Buna bağlı olarak, tüm reaktifler karıştırılmadan önce tamamen çözünmüş ve homojen olmalıdır, böylece reaktiflerin birbirlerine göre etkili konsantrasyonu, reaksiyonun stokiyometrisiyle eşleşir. Bir diğer önemli adım, reaktifleri karıştırmadan ve ısıtmadan önce reaksiyon şişesinde (veya çözücüde) oksijen bulunmamasını sağlamaktır. Pd(0) öncüsü sadece oksijene duyarlı olmakla kalmaz, aynı zamanda fosfin modülatörü ve fosfin bağlayıcısı, özellikle ısıtıldığında, oksijen varlığında karşılık gelen fosfin okside oksidasyona karşı hassastır. Bu ayrışma olaylarından herhangi biri, istenen LVMOF ürününün verimini ve / veya kristalliğini olumsuz yönde etkileyecektir15. Benzer şekilde, MOF ürününü izole etmek için filtreleme,O2 maruziyetini sınırlamak için hızlı bir şekilde yapılmalıdır.
Tüm adımlar izlenirse ve negatif bir sonuç elde edilirse (çökelti gözlenmez veya oluşan katı amorftur), birkaç parametre ayarlanabilir. Modülatörün çok az eşdeğeri zayıf kristalin malzeme ile sonuçlanabilir, ancak çok fazla eşdeğeri MOF oluşumunu tamamen önleyebilir. Böylece, modülatörün eşdeğerleri, verimi ve kristalliği artırmak için değiştirilebilir. Bağlayıcı ile reaksiyona girmeden önce homojen bir çözelti üreten metal öncülleri ve çözücü kimliklerini ve/veya oranlarını eşleştirmek bir diğer önemli husustur. Diğer parametreleri değiştirmenin etkileri daha az sezgisel olabilir, ancak reaksiyon sıcaklığı, konsantrasyonu, reaksiyon ölçeği ve metal ve bağlayıcının stokiyometrisi, verimi ve kristalliği de etkileyebilir. Bu, mevcut yöntemin bir sınırlamasını temsil eder, çünkü yeni bir malzemeyi hedeflemek için reaktiflerden herhangi birinin kimliğindeki sapmalar genellikle yukarıda belirtilen tüm parametrelerin yeniden optimizasyonunu gerektirir15. Bununla birlikte, sentezlerinin ampirik doğası, genel olarak MOF'lar arasında ortak bir özelliktir19.
Sınırlamalarına rağmen, bu yöntem önemlidir, çünkü şu anda kristalin, üç boyutlu LVMOF'ları çok topik fosfin bağlayıcıları15 kullanarak sentezlemek için bilinen başka bir yöntem yoktur. Gerçekten de, laboratuvarımızın ve diğerlerinin bu yöntemi, bu nadir malzeme sınıfının araştırılmasına rehberlik etmek ve çeşitli topolojiye ve çeşitli düşük değerli metal düğümlere sahip LVMOF'lara erişmek için bir başlangıç noktası olarak kullanabilmeleri amacımızdır. Bu, MOF, kataliz, inorganik ve organometalik kimya topluluklarına, heterojen katalizdeki uygulamalarla yeni malzemelerin geliştirilmesinde yardımcı olacaktır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yok.
Acknowledgments
Bu çalışma, Ulusal Bilim Vakfı, Kimya Bölümü'nden CHE-2153240 Ödül No'lu bir hibe ile desteklenmiştir.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2800 Ultrasonic Cleaner, 3/4 Gallon, 40 kHz | Branson | CPX2800H | Used for sonicating |
| Argon, Ultra High Purity | Matheson | G1901101 | Used as inert gas source |
| D8 ADVANCE Powder X-Ray Diffractometer | Bruker | Used to collect PXRD patterns | |
| Dewar Flask | Chemglass Life Sciences | CG159303 | Dewar used for liquid nitrogen |
| Flask, High Vacuum Valve, Capacity (mL) 10, Valve Size 0-4 mm | Synthware Glass | F490010 | Reaction vessel referred to as "10 mL flask" |
| Grade 2 Qualitative Filter Paper, Standard, 42.5 mm circle | Whatman | 1002-042 | Used for product isolation |
| Methylene Chloride (HPLC) | Fisher Scientific | MFCD00000881 | Dried and deoxygenated prior to use |
| Sn1 (tetratopic phosphine linker) | Prepared according to literature procedure (ref. 15) | ||
| SuperNuova+ Stirring Hotplate | Thermo Fisher Scientific | SP88850190 | Used to heat oil bath |
| Tetrakis(triphenylphosphine) palladium(0), 99% (99.9+%-Pd) | Strem Chemicals | 46-2150 | Commercial Pd(0) source |
| Toluene (HPLC) | Fisher Scientific | MFCD00008512 | Dried and deoxygenated prior to use |
| Triphenylphosphine, ≥95.0% (GC) | Sigma-Aldrich | 93092 | Used as a modulator |
| Weighing Paper | Fisher Scientific | 09-898-12B | Used for solid addition |
References
- Zhou, H. -C., Long, J. R., Yaghi, O. M.
- Furukawa, H., Cordova, K. E., O'Keefe, M., Yaghi, O. M. The chemistry and applications of metal-organic frameworks. Science. 341 (6149), 1230444 (2013).
- Li, J., Bhatt, P. M., Li, J., Eddaoudi, M., Liu, Y. Recent progress on microfine design of metal-organic frameworks: Structure regulation and gas sorption and separation. Advanced Materials. 32 (44), 2002563 (2020).
- Lin, R. -B., Xiang, S., Zhou, W., Chen, B. Microporous metal-organic framework materials for gas separation. Chem. 6 (2), 337363 (2020).
- Mendes, R. F., Figueira, F., Leite, J. P., Gales, L., Almeida Paz, F. A. Metal-organic frameworks: a future toolbox for biomedicine. Chemical Society Reviews. 49 (24), 91219153 (2020).
- Wei, Y. -S., Zhang, M., Zou, R., Xu, Q. Metal-organic framework-based catalysts with single metal sites. Chemical Reviews. 120 (21), 1208912174 (2020).
- Cornils, B., Herrmann, W. A., Beller, M., Paciello, R. Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds: A Comprehensive Handbook in Four Volumes. , Wiley VCH. Weinheim, Germany. (2017).
- Young, R. J., et al. Isolating reactive metal-based species in metal-organic frameworks - Viable strategies and opportunities. Chemical Science. 11 (16), 40314050 (2020).
- Drake, T., Ji, P., Lin, W. Site isolation in metal-organic frameworks enables novel transition metal catalysis. Accounts of Chemical Research. 51 (9), 21292138 (2018).
- Dunning, S. G., et al. A metal-organic framework with cooperative phosphines that permit post-synthetic installation of open metal sites. Angewandte Chemie - International Edition. 57 (30), 92959299 (2018).
- Sikma, R. E., Balto, K. P., Figueroa, J. S., Cohen, S. M. Metal-organic frameworks with low-valent metal nodes. Angewandte Chemie - International Edition. 61 (33), e202206353 (2022).
- Agnew, D. W., Gembicky, M., Moore, C. E., Rheingold, A. L., Figueroa, J. S. Robust, transformable, and crystalline single-node organometallic networks constructed from ditopic m-terphenyl isocyanides. Journal of the American Chemical Society. 138 (46), 1513815141 (2016).
- Agnew, D. W., et al. Crystalline coordination networks of zero-valent metal centers: Formation of a 3-dimensional Ni(0) framework with m-Terphenyl diisocyanides. Journal of the American Chemical Society. 139 (48), 1725717260 (2017).
- Voigt, L., Wugt Larsen, R., Kubus, M., Pedersen, K. S. Zero-valent metals in metal-organic frameworks: fac-M(CO)(3)(pyrazine)(3/2). Chemical Communications. 57 (3), 3861 (2021).
- Sikma, R. E., Cohen, S. M. Metal-organic frameworks with zero and low-valent metal nodes connected by tetratopic phosphine ligands. Angewandte Chemie - International Edition. 61 (11), e202115454 (2022).
- Xu, Z., Han, L. L., Zhuang, G. L., Bai, J., Sun, D. In situ construction of three anion-dependent cu(i) coordination networks as promising heterogeneous catalysts for azide-alkyne "click" reactions. Inorganic Chemistry. 54 (10), 47374743 (2015).
- Llabresixamena, F., Abad, A., Corma, A., Garcia, H. MOFs as catalysts: Activity, reusability and shape-selectivity of a Pd-containing MOF. Journal of Catalysis. 250 (2), 294298 (2007).
- Dong, Y., et al. A palladium-carbon-connected organometallic framework and its catalytic application. Chemical Communications. 55 (96), 14414 (2019).
- Moosavi, S. M., et al. Capturing chemical intuition in synthesis of metal-organic frameworks. Nature Communications. 10 (1), 17 (2019).
