Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

هنا ، نستخدم مثبت البوليمر لإعداد معلقات الإطار المعدني العضوي (MOF) التي تظهر انخفاضا ملحوظا في التشتت في أطياف الحالة الأرضية والامتصاص العابر. مع تعليق الأطر العضوية العضوية هذه ، يوفر البروتوكول إرشادات مختلفة لتوصيف الأطر الفلزية العضوية طيفيا للحصول على بيانات قابلة للتفسير.

Abstract

توفر الأطر المعدنية العضوية (MOFs) منصة فريدة لفهم العمليات التي يحركها الضوء في مواد الحالة الصلبة ، نظرا لقابليتها الهيكلية العالية. ومع ذلك ، فقد تم إعاقة تقدم الكيمياء الضوئية القائمة على الأطر الفلزية العضوية بسبب صعوبة توصيف هذه المواد طيفيا. وبالنظر إلى أن حجم الأطر الفلزية العضوية عادة ما يزيد حجمه عن 100 نانومتر، فإنه عرضة للتشتت المفرط للضوء، مما يجعل البيانات من الأدوات التحليلية القيمة مثل الامتصاص العابر والتحليل الطيفي للانبعاث غير قابلة للتفسير تقريبا. للحصول على رؤى ذات مغزى للعمليات الكيميائية الضوئية والفيزيائية القائمة على الأطر الفلزية العضوية ، يجب إيلاء اعتبار خاص نحو إعداد الأطر الفلزية العضوية بشكل صحيح للقياسات الطيفية ، بالإضافة إلى الإعدادات التجريبية التي تجمع بيانات عالية الجودة. ومع أخذ هذه الاعتبارات في الاعتبار، يقدم هذا الدليل نهجا عاما ومجموعة من المبادئ التوجيهية للاستقصاء الطيفي للأطر الفلزية العضوية. يتناول الدليل الموضوعات الرئيسية التالية: (1) طرق تحضير العينات ، (2) التقنيات / القياسات الطيفية باستخدام الأطر العضوية العضوية ، (3) الإعدادات التجريبية ، (3) تجارب التحكم ، و (4) توصيف الاستقرار بعد التشغيل. من خلال إعداد العينات المناسبة والنهج التجريبية ، فإن التطورات الرائدة نحو الفهم الأساسي لتفاعلات الضوء و MOF أكثر قابلية للتحقيق.

Introduction

تتكون الأطر المعدنية العضوية (MOFs) من عقد أكسيد المعادن المرتبطة بجزيئات عضوية ، والتي تشكل هياكل مسامية هرمية عندما تتفاعل الأجزاء المكونة لها معا في ظل ظروف حراريةحلية 1. تم الإبلاغ عن الأطر الفلزية العضوية المسامية بشكل دائم لأول مرة في أوائل عام 2000 ، ومنذ ذلك الحين ، توسع المجال المزدهر ليشمل مجموعة واسعة من التطبيقات ، نظرا للضبط الفريد لمكوناتها الهيكلية2،3،4،5،6،7. أثناء نمو مجال الأطر الفلزية العضوية ، كان هناك عدد قليل من الباحثين الذين قاموا بدمج المواد النشطة ضوئيا في العقد والروابط ومسام الأطر الفلزية العضوية لتسخير إمكاناتها في العمليات التي يحركها الضوء ، مثل التحفيز الضوئي8،9،10،11 ، التحويل الصاعد 12،13،14،15،16 ، والكيمياء الكهروضوئية 17، 18. تدور حفنة من العمليات التي يحركها الضوء للأطر الفلزية العضوية حول نقل الطاقة والإلكترون بين المانحين والمستقبلين17،19،20،21،22،23،24،25. التقنيتان الأكثر شيوعا المستخدمتان لدراسة الطاقة ونقل الإلكترون في الأنظمة الجزيئية هما التحليل الطيفي للانبعاث والامتصاص العابر26,27.

وقد ركز قدر كبير من البحوث على الأطر الفلزية العضوية على توصيف الانبعاثات، نظرا للسهولة النسبية في إعداد العينات، وإجراء القياسات، والتحليل المباشر (نسبيا)19،22،23،24،28. يظهر نقل الطاقة عادة على أنه خسارة في كثافة انبعاث المانحين وعمرهم وزيادة في كثافة انبعاثات المستقبل المحملة في العمود الفقري للأطر الفلزيةالعضوية 19،23،28. يظهر دليل على نقل الشحنة في MOF كانخفاض في العائد الكمي للانبعاثات وعمر الكروموفور في MOF29,30. في حين أن التحليل الطيفي للانبعاث هو أداة قوية في تحليل الأطر الفلزية العضوية ، إلا أنه لا يعالج سوى جزء من المعلومات الضرورية لتقديم فهم ميكانيكي كامل للكيمياء الضوئية للأطر الفلزية العضوية. لا يمكن أن يوفر التحليل الطيفي للامتصاص العابر دعما لوجود نقل الطاقة والشحنة فحسب ، بل يمكن للطريقة أيضا اكتشاف التوقيعات الطيفية المرتبطة بسلوكيات الحالة المثارة المفردة والثلاثية غير الانبعاثية ، مما يجعلها واحدة من أكثر الأدوات تنوعا للتوصيف31،32،33.

السبب الرئيسي وراء استخدام تقنيات التوصيف الأكثر قوة مثل التحليل الطيفي للامتصاص العابر نادرا ما يتم تطبيقه على الأطر الفلزية العضوية يرجع إلى صعوبة تحضير العينات ذات الحد الأدنى من التشتت ، خاصة مع المعلقات34. في الدراسات القليلة التي نجحت في إجراء امتصاص عابر على الأطر الفلزية العضوية ، يبلغ حجم الأطر الفلزية العضوية <500 نانومتر ، مع بعض الاستثناءات ، مما يؤكد أهمية تقليل حجم الجسيمات لتقليل التشتت15،21،25،35،36،37. تستخدم دراسات أخرى الأغشية الرقيقة MOF17 أو SURMOFs38،39،40 للتحايل على مشكلة التشتت. ومع ذلك ، من وجهة نظر التطبيق ، فإن استخدامها محدود للغاية. بالإضافة إلى ذلك ، اتخذت بعض المجموعات البحثية لصنع أفلام بوليمر من الأطر العضوية العضوية باستخدام Nafion أو Polystyrene34 ، مما أثار بعض المخاوف بشأن الاستقرار نظرا لمجموعات السلفونات عالية الحموضة على Nafion. استلهمنا من إعداد معلقات أشباه الموصلات الغروية 41,42 ، وجدنا نجاحا كبيرا في استخدام البوليمرات للمساعدة في تعليق واستقرار جزيئات MOF للقياسات الطيفية11. في هذا العمل ، نضع إرشادات قابلة للتطبيق على نطاق واسع لاتباعها عندما يتعلق الأمر بإعداد معلقات MOF وتوصيفها بتقنيات التحليل الطيفي للانبعاث والنانو ثانية (ns) وفائقة السرعة (uf) للامتصاص العابر (TA).

Protocol

1. تحضير معلقات الأطر الفلزية العضوية باستخدام مثبت البوليمر

  1. قم بوزن 50 مجم من البولي إيثيلين جلايكول ثنائي الأمين (PNH2 ، Mn ~ 1500) (انظر جدول المواد) وانقله إلى قارورة ذات درام واحد (جدول المواد). قم بوزن 1-5 مجم من PCN-222 (fb) (انظر البروتوكول الاصطناعي11) وضعه في نفس القارورة مع PNH2.
    ملاحظة: لتحقيق أفضل تعليق ممكن للأطر الفلزية العضوية ، يجب أن تكون الظروف الاصطناعية المطلوبة لجعل أحجام جسيمات الأطر الفلزية العضوية عند أو أقل من 1 ميكرومتر.
  2. ابحث عن مذيب مناسب (إن لم يكن ماء ، استخدم مذيب لا مائي مثل ثنائي ميثيل فورماميد [DMF] أو أسيتونيتريل [ACN] ؛ انظر جدول المواد) لتعليق MOF ، مع التأكد من أن نافذة المذيب واسعة بما يكفي بحيث لا يكون المذيب نفسه متحمسا بالطول الموجي المختار. انقل 1-3 مل من المذيب إلى القارورة باستخدام ماصة تلقائية مزودة بطرف ماصة مناسب.
    ملاحظة: المذيبات شائعة الاستخدام المذكورة أعلاه لها نوافذ مذيب عريضة-CH3CN: قطع طاقة عالية 200 نانومتر ؛ و DMF: قطع 270 نانومتر. يمكن استخدام المذيبات ذات معامل الانكسار الأعلى (1.4-1.5) ، مثل DMF و DMSO والتولوين ، للمساعدة في تقليل تشتت الضوء من خلال محاذاة أكثر إحكاما مع معامل الانكسار لزجاج الكوارتز (حوالي 1.46-1.55) ، وبالتالي تقليل انحناء الضوء في اتجاهات غير مرغوب فيها عند المرور عبر كوفيت.
  3. باستخدام صوتنة طرف (انظر جدول المواد) ، صوتنة محتويات القارورة لمدة 2-5 دقائق بسعة 20٪ -30٪ (أي المسافة التي يتحرك فيها طرف الصوتنة طوليا ، عادة ~ 60 ميكرومتر لمسبار قطره 3 مم بسعة 30٪) مع فواصل زمنية من 2 ثانية على و 2 ثانية قبالة. يعمل هذا الإجراء على تفتيت مجاميع الأطر الفلزية العضوية ويساعد على تغطية جزيئات الأطر الفلزية العضوية بالبوليمر. تأكد من أن تعليق MOF مشتت جيدا ومتجانس بنهاية عملية الصوتنة.
    ملاحظة: تختلف أوقات الصوتنة اعتمادا على مدى تشتت الأطر الفلزية العضوية بطبيعتها.
  4. افتح حقنة بلاستيكية جديدة سعة 10 مل (جدول المواد) واسحب التعليق في المحقنة. قم بإزالة إبرة المحقنة واستبدلها بمرشح حقنة متعدد تترافلورو إيثيلين (PTFE) - شبكة 200 نانومتر (جدول المواد). مرر التعليق من خلال مرشح المحقنة إلى قارورة نظيفة جديدة. التعليق الناتج جاهز للقياسات الطيفية للامتصاص العابر.
    ملاحظة: بالنظر إلى أن متوسط أحجام الجسيمات لبعض الأطر الفلزية العضوية يتجاوز 200 نانومتر ، فإن اختيار الحجم المناسب متروك لتقدير المستخدم.

2. تحضير معلقات الأطر الفلزية العضوية المفلترة لقياسات الامتصاص العابر نانوثانية (nsTA)

  1. مع تعليق MOF المصفى الذي تم الحصول عليه في القسم 1 ، يجب الحصول على طيف امتصاص التعليق (جدول المواد). اغسل كوفيت (طول مسار 1 سم) قادر على الختم والتطهير (جدول المواد) بالمذيب ثلاث إلى خمس مرات ، ثم املأه ب 3 مل من DMF.
  2. باستخدام مقياس الطيف الضوئي للامتصاص ، اختر منطقة الطول الموجي لقياس المذيب والتعليق. قم بقياس الطيف الفارغ المرئي للأشعة فوق البنفسجية (UV-Vis) للمذيب في الكوفيت وقم بتعيينه كمسح للخلفية ليتم طرحه من عمليات مسح العينة. أفرغ محتويات المذيب من كوفيت ونقل تعليق MOF إلى كوفيت.
    ملاحظة: طيف الامتصاص الإلكتروني لمثبت PNH2 (figure-protocol-3105 ~ 250 نانومتر) له ذيل امتصاص ضعيف يستمر حتى 450 نانومتر ، مع امتصاص ~ 0.01 عند 450 نانومتر عند التركيز الأولي.
  3. قم بقياس طيف الامتصاص لتعليق MOF الأولي ، مع الأخذ في الاعتبار الطول الموجي المطلوب اللازم لإثارة عينة MOF. إذا كان تعليق MOF له امتصاص أو كثافة بصرية (OD) >1 عند الطول الموجي للإثارة المطلوب ، فقم بتخفيفه بالمذيب وقياس طيف الامتصاص حتى يصبح OD ≤1 عند الطول الموجي للإثارة.
    ملاحظة: بالنسبة لقياسات الامتصاص العابر ضيقة الزاوية ، كرر قياسات الامتصاص للحصول على OD مناسب عند الطول الموجي للإثارة باستخدام خلية 2 مم (جدول المواد). بالنسبة لقياسات الامتصاص العابر نانوثانية للأطر الفلزية العضوية ، يلزم امتصاص أو OD من 0.1-1 عند الطول الموجي للإثارة لاتباع قانون بير. OD المطلوب هو نطاق واسع لأن بعض العينات تمتص بقوة في مناطق مختلفة. وخير مثال على ذلك هو البورفيرينات. تتمتع البورفيرينات بانتقال قوي ضيق لنطاق سوريت بين 400-450 نانومتر ، في حين أن انتقالات نطاق Q بين 500-800 نانومتر ضعيفة جدا. إذا أراد المرء الإثارة في أحد نطاقات Q الخاصة به ، فإن إعداد حل باستخدام OD ~ 0.5 في أحد نطاقات Q سيؤدي بالتالي إلى امتصاص نطاق Soret >3 ، ولن يتمكن كاشف الامتصاص العابر من معالجة التغييرات في هذه المنطقة كميا. في النهاية ، يكون وفقا لتقدير المستخدم تحديد الطول الموجي المناسب للإثارة وسعة الامتصاص التي تسمح بإجراء قياسات كمية في النافذة الطيفية المطلوبة.

3. تطهير تعليق وزارة المالية

  1. مع تعديل تعليق MOF للحصول على طيف الامتصاص المطلوب لقياسات TA ، ضع قضيب تحريك 2 مم × 8 مم (جدول المواد) في الكوفيت ، وأغلق مفصل كوفيت المدخل بحاجز مطاطي.
  2. خذ حقنة بلاستيكية سعة 1 مل (جدول المواد) ، واقطع نصفها بمقص ، واحتفظ بنصف المحقنة التي تسمح بربط الإبر بها.
  3. مع أحد طرفي الأنبوب المرن المتصل بخزان Ar أو N2 (جدول المواد) ، أدخل نصف المحقنة في الطرف الآخر من الأنبوب مع طرف الإبرة بالخارج.
  4. لف جذع نصف المحقنة المكشوفة ببارافيلم (جدول المواد) لإنشاء ختم بالأنبوب والمحقنة. في حالة توفر مشبك خرطوم ، يمكن استخدامه بدلا من parafilm لإنشاء ختم مع المحقنة وأنبوب التطهير.
  5. قم بتوصيل إبرة تطهير طويلة (3 بوصات ، 25 جم) (جدول المواد) بنهاية المحقنة وأدخل الإبرة في الكوفيت المختوم في التعليق. خذ الإبرة من حقنة 1 مل (الخطوة 3.2) وأدخلها في الكوفيت. قم بتشغيل تدفق Ar أو N2 وقم بتطهير التعليق لمدة 45 دقيقة -1 ساعة.
    ملاحظة: غالبا ما تستخدم تقنية تعرف باسم "التطهير المزدوج" للمذيبات ذات نقطة الغليان <100 درجة مئوية. لاستخدام هذه التقنية ، يتم تطهير قارورة محكمة الغلق مع مذيب بإبرة المدخل ، مع إدخال أحد طرفي القنية في فراغ رأس القارورة والطرف الآخر من القنية في تعليق الكوفيت. يتم إدخال إبرة المخرج في مساحة رأس كوفيت. يقلل التطهير بهذه الطريقة من فقد المذيبات من التبخر بمرور الوقت.
  6. بعد الانتهاء من التطهير ، قم بإزالة الإبر ولف حاجز كوفيت بأربعة إلى خمسة 2 في شرائح من parafilm (جدول المواد). قم بقياس طيف امتصاص العينة للتأكد من مطابقتها للمعايير المحددة في القسم 2. العينة جاهزة الآن لقياسات الامتصاص العابر.

4. إعداد الامتصاص العابر العمودي لمسبار المضخة نانو ثانية (nsTA)

  1. قم بتشغيل أنظمة مطياف الليزر و nsTA (جدول المواد ؛ الشكل 1). اضبط طاقة خرج الليزر على مستوى منخفض بدرجة كافية ، بحيث يسمح وضع بطاقة عمل بيضاء في مسار الشعاع برؤية واضحة لبقعة الليزر ، ولكن ليس ساطعا لدرجة أنها تسبب العمى.
  2. افتح كلا من مصراع الليزر الميكانيكي ومصراع شعاع المسبار بحيث يكون كلاهما في مسار حامل العينة.
  3. اضبط الموضع الرأسي والأفقي لشعاع الليزر (الشكل 1 ، P3) ، بحيث يضرب مركز حامل خلية العينة (الشكل 1 ، SC1) حيث سيتم وضع العينة. استخدم بطاقة عمل لتأكيد الموقف. ضع مرشح الكثافة المحايدة (ND) (OD 2; جدول المواد) في مسار شعاع التحقيق.
    ملاحظة: يتم تثبيت جميع المرايا والمنشورات الموجودة في نظام nsTA الموصوف هنا على حوامل حركية (جدول المواد) ، ويتم ضبط مواضع الحزمة عن طريق تدوير المقابض الرأسية والأفقية يدويا على الحوامل. يمكن وضع بطاقة بيضاء أطول بعرض 1 سم عبر الجزء الداخلي من كوفيت فارغ في SC1 لتسهيل المحاذاة.
  4. ضع بطاقة عمل مقطوعة (~ عرض 1.5 سم) في حامل العينة (أو أمسكها في حامل العينة) وقم بزاويتها عبر حامل العينة بحيث يصطدم كل من شعاع الليزر وشعاع المسبار بنفس الجانب من بطاقة العمل. قم بضبط موضع شعاع الليزر عموديا (P3) للحصول على أفضل تداخل مع الجزء الأكثر كثافة من شعاع المسبار.
  5. أغلق المصاريع ، وأزل مرشح ND ، وضع العينة في حجرة العينة مع محرك مغناطيسي (جدول المواد). يمكن الآن أخذ قياسات TA.
  6. يتم توفير النظام والبرامج المستخدمة في هذا العمل في جدول المواد. في مجموعة البرامج ، توجد مربعات اختيار بعنوان الامتصاص الطيفي والامتصاص الحركي لقياس أطياف TA وحركية الامتصاص ، على التوالي. حدد زر الامتصاص الطيفي وحدد وضع الإعداد.
  7. اضبط الوقت صفر لنبضة الليزر في نافذة إعداد البرنامج عن طريق ضبط وقت الإدخال بزيادات +0.010 μs (على سبيل المثال ، -0.020 μs ، -0.010 μs ، 0.000 μs ، 0.010 μs ، إلخ) حتى لا يتم ملاحظة نبضة الليزر في طيف شعاع المسبار.
  8. مع ضبط الوقت صفر ، قم بتحسين كمية الضوء التي تصل إلى كاشف الجهاز المقترن بالشحن (CCD) في نافذة الإعداد عن طريق ضبط عرض النطاق الترددي والكسب وعرض البوابة للوصول إلى عدد مرتفع بما يكفي للحصول على إشارة كافية مع عدم تشبع الكاشف.
    ملاحظة: نترك هذه العملية للمستخدم حيث تختلف أجهزة الكشف من نظام لآخر.
  9. لجمع طيف TA ، انقر فوق الزر متعدد في علامة التبويب الامتصاص الطيفي . تأكد من وجود الإعدادات من نافذة الإعداد في هذه النافذة. إذا كانت العينة تنبعث منها ضوء ، فانقر فوق علامة التبويب الخلفيات وانقر فوق الزر طرح الخلفية الفلورية . لإجراء مسح سريع ، اضبط المتوسطات على 4 للتأكد من الحصول على طيف TA أولي عالي الجودة. إذا تم الحصول على طيف TA مرض ، احصل على طيف آخر بمتوسطات أكثر.
  10. لتعيين طيف TA في تأخيرات زمنية مختلفة بعد وقت الصفر، حدد زر الخريطة في علامة تبويب الامتصاص الطيفي . تأكد من عدم تغيير معلمات الإعداد في علامة التبويب هذه. أدخل الفترات الزمنية المطلوبة للتعيين ، وانقر فوق تطبيق ، ثم انقر فوق ابدأ لتعيين الأطياف.
  11. للحصول على حركية الامتصاص عند الأطوال الموجية المطلوبة ، انقر فوق الزر " الامتصاص الحركي " في البرنامج وانقر فوق الزر "إعداد " في القائمة المنسدلة. أدخل الطول الموجي للاهتمام في علامة التبويب وحدة التحكم في نافذة الإعداد واضبط النطاق الترددي على مستوى مناسب. عادة ما يكون عرض النطاق الترددي 1 نانومتر نقطة انطلاق جيدة.
  12. في علامة التبويب راسم الذبذبات ، اضبط النافذة الزمنية لكاشف أنبوب المضاعف الضوئي (PMT) بحيث تكون طويلة بما يكفي لرؤية الأثر الحركي بالكامل ، من قبل إثارة الليزر إلى الإشارة التي تتحلل بالكامل إلى خط الأساس. نقطة البداية المعتادة هي نافذة 4,000 نانوثانية. اضبط نطاق جهد PMT على مستوى مناسب ، حيث يمكن ملاحظة تتبع TA بالكامل على محور الإشارة. نطاق الجهد 160 مللي فولت معقول لبدء القياسات. انقر فوق تطبيق ثم ابدأ. إذا كانت الإشارة منخفضة جدا أو كانت النافذة الزمنية قصيرة جدا أو طويلة جدا ، فانقر فوق إيقاف واضبط عرض النطاق الترددي والنافذة الزمنية على مستويات مناسبة ، مع التأكد من عدم ضبط النطاق الترددي على مستوى عال جدا لتشبع / إتلاف الكاشف.
  13. مع إعداد التتبع الحركي بشكل صحيح ، أغلق نافذة الإعداد وافتح نافذة متعددة من القائمة المنسدلة بعد النقر فوق الزر الامتصاص الحركي . تحقق للتأكد من أن المعلمات من نافذة الإعداد هي نفسها في نافذة متعددة . اضبط العدد المطلوب من القياسات (لقطات الليزر). عادة ما يكون 20 قياسا مرضيا للمناطق عالية الإشارة من طيف TA. إذا انبعثت العينة عند الطول الموجي للمسبار ، فتأكد من التحقق من زر طرح الخلفية الفلورية في علامة التبويب الخلفيات . انقر فوق تطبيق ثم ابدأ لجمع حركية TA.
    ملاحظة: في بعض الأحيان، يؤدي إجراء عدد أكبر من الطلقات (>40) إلى إزاحة خط الأساس للاضمحلال، سواء كان إيجابيا أو سلبيا، من تداخل تشتت المسبار/الليزر. إذا كانت هذه مشكلة ، فقم بإجراء عدد أقل من اللقطات (~ 10-20) وكرر القياس عدة مرات لجمع مجموعات متعددة من البيانات التي يمكن بعد ذلك حساب متوسطها معا.
  14. بمجرد اكتمال قياسات التحليل الفني، قم بقياس طيف امتصاص الأطر الفلزية العضوية بعد ذلك لضمان الحد الأدنى من التدهور.

5. إعداد nsTA بزاوية ضيقة

  1. في بعض الأحيان مع إعدادات مسبار المضخة العمودي ، تكون الإشارة التي تم الحصول عليها من تعليق MOF ضعيفة جدا (<10 ΔmOD) ولا تزال تتقلب من التشتت بسبب حجم العينة الكبير المثار. للمساعدة في تقليل تقلبات الإشارة وتعزيز الإشارة ، يمكن تطبيق إعدادات امتصاص عابرة فائقة السرعة على إعدادات nsTA مع اتجاه شعاع مسبار المضخة بزاوية ضيقة وأطوال مسار أصغر (الشكل 2).
  2. اعتمادا على إعداد غرفة العينة ، يمكن للمرء تركيز وتوجيه شعاع الإثارة بحيث تتقاطع عوارض المضخة والمسبار بزوايا <45 درجة ، وبالتالي توفر المزيد من التداخل. افعل ذلك باستخدام بصريات التركيز (الشكل 2 ، العدسة المقعرة [CCL] والعدسة المحدبة [CVL]) والمرايا الحركية (الشكل 2 ، MM1-3). قم بتشغيل نظام الليزر/مقياس الطيف وكرر الخطوتين 4.2 و4.3.
    ملاحظة: في حين أن استخدام العدسات المقعرة / المحدبة مثالي لتركيز البصريات ، يمكن استخدام قزحية بصرية بدلا من هذه المكونات لتضييق الحزمة. يمكن تعويض تضييق الحزمة بهذه الطريقة عن طريق زيادة الطاقة ؛ ومع ذلك ، عند العمل بأطوال موجية أقل من 400 نانومتر ، فإن تدهور القزحية وتبييضها أمر شائع جدا. لا تحتوي بعض مقاييس الطيف TA على ألواح تجارب تسمح بتركيب البصريات في غرفة العينة. لا يحتوي مقياس الطيف المستخدم هنا على ألواح تجارب ، لذلك تم حفر ثقوب واستغلالها في غرفة العينة لإعداد البصريات (الشكل 2 ، MM1-3). إذا كان مقياس الطيف لا يزال تحت الضمان ، فاتصل بفريق دعم الشركة لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم استيعاب مثل هذا الإعداد.
  3. لتقليل حجم بقعة الشعاع التي تصل إلى كوفيت 2 مم (جدول المواد) ، قم بإعداد تلسكوب جاليلي بعدسة مقعرة (جدول المواد ، CCL1) تضرب الليزر أولا وعدسة محدبة (جدول المواد ، CVL1) تضرب الليزر ثانيا. تأكد من أن المسافة بين العدستين هي تقريبا الفرق بين المسافتين البؤريتين للعدسات.
    ملاحظة: يبلغ حجم بقعة ليزر Spectra-Physics Quanta Ray المستخدم في هذه القياسات 1 سم. تم تخفيض حجم البقعة إلى النصف باستخدام إعداد التلسكوب الجليلي. بالنسبة لأشعة الليزر التي تنتج ميغاواط من الطاقة ، يجب استخدام تلسكوبات غاليليو حصريا. يشكل تلسكوب Keplerian (عدستان محدبتان) البلازما بين العدستين حتى بقوى متواضعة (~ 10 ميجاوات).
  4. افتح كل من مصاريع الليزر والمسبار. استبدل مرآة الغالق الأولى (SM1) ب SM2 وضع بطاقة ملاحظة في حامل التثبيت SM2 ، بحيث يكون اتجاهها مواجها تماما لشعاع المسبار. بعد ذلك ، قم بإعداد سلسلة من المرايا الصغيرة (MM1-3) ، تقريبا كما هو موضح في الشكل 2. قم بتوجيه شعاع الليزر الوارد عن طريق ضبط مقابض الدوران على الحامل الحركي P3 تقريبا على مركز MM1. لتقليل تمدد شعاع الليزر من مرآة إلى مرآة ، ضع MM2 أمام MM1 لخفض زاوية الانعكاس بين المرآتين (الشكل 2).
    ملاحظة: بالنسبة لمحاذاة الليزر ، تتمثل الممارسة الشائعة في ضبط مرآة / منشور مرآة واحدة بعيدا عن موقع البقعة المقصود (على سبيل المثال ، ضبط P2 لضرب MM1 بدقة). ومع ذلك ، فإن P2 في التجارب التي تمت مناقشتها هنا عبارة عن شعاع بصري ثابت ولا ينبغي تعديله. إذا أعطيت المرونة ، يجب أن تتم المحاذاة مع مكون بصري مرآة واحدة بعيدا عن البصري المستهدف.
  5. مع اصطدام الحزمة بالمركز تقريبا على MM1 ، قم بتدوير MM1 بحيث يصطدم شعاع الليزر المنعكس ب MM2 في المركز. مع اصطدام الشعاع بالمركز تقريبا على MM2 ، قم بتدوير MM2 بحيث يصطدم شعاع الليزر المنعكس ب MM3 في المركز. مع اصطدام الشعاع بالمركز تقريبا على MM3 ، قم بتدوير MM3 بحيث يضرب شعاع الليزر المنعكس بطاقة ملاحظة المحاذاة في نفس مكان شعاع المسبار.
  6. قم بضبط مواضع شعاع الليزر على كل من المرايا وبطاقة الملاحظات باستخدام المقابض الرأسية والأفقية على المرايا. تأكد من أن الشعاع يحتوي على القليل من القص أو لا يحتوي على أي قص طوال مساره.
  7. كرر الخطوتين 5.5 و 5.6 باستخدام كفيت 2 مم مع مفصل داخلي 14/20 (SC2) وحاجز مطاطي 14/20 (جدول المواد). أدخل العينة في حامل عينة التثبيت (SM2) الذي يواجه مسار شعاع المسبار تماما. قم بضبط مواضع شعاع الليزر على كل مرآة و SM2 باستخدام المقابض الرأسية والأفقية على المرايا.
    ملاحظة: لمزيد من السهولة في التغيير بين إعدادات TA العمودية والضيقة الزاوية ، يمكن استخدام حامل مرآة حركية مغناطيسية أو قلبية ل MM1 بدلا من حامل حركي عادي لتجنب الاضطرار إلى إعادة محاذاة البصريات. يجب ألا يؤثر وضع MM2 و MM3 على المضخة الساقطة أو عوارض المسبار في الإعداد العمودي.
  8. باستخدام محرك منخفض المستوى (جدول المواد) ، حرك العينة بشكل معتدل وقم بإجراء قياسات TA. كرر الخطوات 4.6-4.14.
    ملاحظة: بالنسبة لليزر 1-20 هرتز ، يمكن غالبا استخدام طاقة أقل (~ 1 مللي جول / نبضة).

6. قياسات الامتصاص العابر فائقة السرعة (ufTA)

  1. محاذاة عوارض المضخة والمسبار لتحقيق أقصى قدر من التداخل
    1. لا يتغير إجراء تعليق وزارة المالية في القسم 1. لا تتغير قياسات امتصاص ما قبل TA (القسم 2) ، باستثناء استخدام SC2 بدلا من SC1 (جدول المواد). إذا لزم الأمر ، فإن عملية التطهير لا تتغير أيضا.
    2. لمحاذاة المضخة وعوارض المسبار لقياسات ufTA ، ابدأ بإعداد محلول من كروموفور معروف [على سبيل المثال ، Ru (bpy) 32+] في كوفيت بطول مسار 2 مم مع OD من 0.5-1 عند الطول الموجي للإثارة. ليست هناك حاجة لتطهير العينة.
      ملاحظة: اختر عينة قياسية تعرض طيف TA في نفس منطقة الطول الموجي مثل عينة MOF. في كثير من الأحيان ، يمكن استخدام رابط MOF كمعيار.
    3. قم بتشغيل مصدر مضخة الليزر فائقة السرعة ومقياس الطيف (الشكل 3). افتح برنامج مكبر الصوت البارامتري البصري (إن وجد) واضبطه على الطول الموجي المطلوب للإثارة. افتح برنامج مطياف ufTA واختر نافذة مسبار (مرئية للأشعة فوق البنفسجية أو مرئية أو قريبة من الأشعة تحت الحمراء [near-IR]).
      ملاحظة: تأكد من محاذاة مرحلة التأخير البصري في تأخيرات زمنية قصيرة وطويلة. اعتمادا على النظام ، يتم ذلك يدويا أو من خلال برنامج مقياس الطيف. تحتوي معظم الأنظمة التجارية على خيار "محاذاة مرحلة التأخير" في البرنامج الذي يمكن النقر فوقه لمواءمته.
      ملاحظة: إذا أمكن ، أطفئ الأنوار أو قلل من تداخل الضوء عند مراقبة المضخة وعوارض الفحص.
    4. ضع الكوفيت القياسي في حامل العينة بما يتماشى مع شعاع المسبار. اضبط طاقة مصدر المضخة باستخدام عجلة مرشح ND (الشكل 3 ، ufND) لرؤية شعاع المضخة إذا لزم الأمر. ضع بطاقة ملاحظة بيضاء على جانب كوفيت المواجه للمضخة وشعاع المسبار.
    5. اضبط بقعة المضخة على بطاقة الملاحظات باستخدام مقابض الدوران الموجودة على الحامل الحركي ، بحيث تكون على نفس الارتفاع الرأسي لشعاع المسبار ، واضبط المضخة أفقيا بحيث تكون في حدود 1 مم أو 2 مم بجوار شعاع المسبار. بدون بطاقة الملاحظات ، قم بضبط المواضع الرأسية والأفقية لحزمة المضخة للحصول على أعلى إشارة طيفية TA.
    6. اضبط التركيز (الشكل 3 ، TS) لحزمة المضخة ، بحيث تكون في أصغر حجم بقعة لها عند ضرب عينة كوفيت قياسية. يكون التركيز عند أصغر نقطة عند الحصول على الحد الأقصى للإشارة. بمجرد الحصول على أعلى إشارة طيفية ، تتم محاذاة المضخة وحزم المسبار على النحو الأمثل.
      ملاحظة: عادة ما تحتوي أنظمة ufTA التجارية (جدول المواد) على خيار العرض المباشر الذي يسمح للمستخدم بضبط الوقت صفر ورؤية طيف TA بالكامل قبل قياس العينة رسميا.
  2. تحديد حجم بقعة شعاع المضخة وكثافة الطاقة
    1. مع محاذاة عوارض المضخة والمسبار ، استبدل حامل خلية العينة بعجلة ذات ثقب مثبتة (فتحات 2000-25 ميكرومتر ؛ جدول المواد) عند النقطة البؤرية لشعاع الليزر (الشكل التكميلي 1 ، PHW). تأكد من أن العجلة ذات الثقب عمودية تقريبا (إن لم يكن بالضبط) على مسار شعاع الليزر.
    2. قم بإعداد العجلة ذات الثقب بحيث يمر شعاع الليزر عبر الثقب الذي يبلغ 2000 ميكرومتر. قم بإعداد كاشف متصل بمقياس طاقة (الشكل التكميلي 1 ، PWR) عن كثب على الجانب الآخر من العجلة ذات الثقب ، بحيث يصطدم كل شعاع الليزر بالكاشف.
    3. اضبط طاقة مصدر المضخة باستخدام عجلة مرشح ND بحيث يقيس الكاشف طاقة كافية. لاحظ متوسط الطاقة عند حجم الثقب هذا.
    4. قم بتدوير عجلة الثقب إلى حجم ثقب أصغر واضبط الوضع الرأسي والأفقي لشعاع الليزر للوصول إلى أقصى خرج للطاقة عند هذا الثقب. لاحظ قوة حجم الثقب. كرر هذه الخطوة مع الثقوب الأصغر تدريجيا حتى يتم الوصول إلى أصغر ثقب.
      ملاحظة: في حين أن قياسات الثقب هي أكثر من طريقة تقريبية ، إلا أنها كافية للقياسات عند مقارنتها بالطريقة البديلة لاستخدام كاميرا CCD ، والتي يمكن أن تكلف آلاف الدولارات.
    5. في برنامج تحليل البيانات ، ارسم البيانات لتوليد نصف منحنى غاوسي زائف (لن يكون مثاليا لأن الحزمة بطبيعتها ليست غاوسية تماما). للحصول على منحنى متماثل ، خذ نفس البيانات والصقها بترتيب تصاعدي لأحجام البقعة.
    6. اضرب البيانات في -1 ، وبالتالي فإن الحد الأدنى هو الحد الأقصى الآن. ارسم البيانات وتناسبها مع منحنى غاوسي. اقسم الحد الأقصى لقيمة المنحني المجهز على e2. عرض المنحنى عند 1 / e2 هو قطر حجم البقعة التقريبي.
  3. فحص استجابة الطاقة الخطية
    1. لضمان عدم وجود تأثيرات غير خطية عند مستوى الطاقة المطلوب (على سبيل المثال ، عمليات الإثارة متعددة الفوتونات ، اضمحلال الجسيمات المتعددة) ، يجب تسجيل الإشارة عند نقاط متعددة في طيف MOF TA مباشرة بعد استجابة الزقزقة بقوى مختلفة. حدد خمسة مستويات للطاقة لتكوين منحنى.
    2. استبدل العجلة ذات الثقب بحامل العينة وضع العينة القياسية مرة أخرى في الحامل. كرر الخطوة 6.1 (يجب أن تكون عملية إعادة المحاذاة أسهل بكثير حيث تم تعديل شعاع المضخة بشكل طفيف فقط في الخطوة 6.2).
    3. بمجرد محاذاة عوارض المضخة والمسبار ، وتحريك عينة MOF في حامل العينة ، قم بقياس وتسجيل متوسط طاقة المضخة باستخدام مقياس طاقة متصل بكاشف في مسار شعاع المضخة.
    4. قم بإزالة الكاشف من مسار الحزمة ، وفي وضع Live View TA ، سجل إشارة ΔOD لعينة MOF في نقاط مختلفة في طيف TA مباشرة بعد استجابة الزقزقة (~ 2-3 ps). كرر الخطوتين 6.3.3 و 6.3.4 على مستويات الطاقة الأربعة الأخرى.
      ملاحظة: في بعض الأحيان تكون الإشارة ضعيفة جدا عند مستويات الطاقة المنخفضة ، لذلك إذا كان الخيار متاحا ، فقم بزيادة متوسط الوقت في وضع "العرض المباشر" إلى 5-10 ثوان للحصول على نسبة إشارة إلى ضوضاء أفضل وخفض تقلبات إشارة شعاع المسبار. عادة ما نضبط متوسط الوقت على 2-5 ثوان في جميع قياسات الطاقة ونسجل OD بطول موجي مع كل فترة متوسط لاحقة عدة مرات للحصول على انحراف معياري عند كل قوة.
    5. ارسم نقاط البيانات المسجلة ك ΔOD مقابل قوة الحادث في برنامج تحليل البيانات. إذا كانت هناك استجابة طاقة خطية ، فإن المخطط الناتج يشكل خطا مستقيما ، مع تقاطع y عند الصفر. إذا كانت هناك استجابة طاقة غير خطية ، كما هو متوقع ، فعادة ما يتم ملاحظة انحرافات كبيرة عن المنحنى الخطي.
  4. تحديد كثافة الطاقة التي تصطدم بعينة التعليق
    1. مع حجم بقعة شعاع المضخة وقوة الحادث التي تصل إلى تعليق MOF المعروف ، يمكن تحديد كثافة الطاقة التقريبية.
      ملاحظة: على سبيل المثال ، يوفر قطر البقعة التقريبي 250 ميكرومتر نصف قطر ~ 125 ميكرومتر. بعد تحويل نصف القطر إلى سم ، يمكن حساب مساحة سطح البقعة: A = πr 2 = π (0.0125 سم) 2 ≈ 0.0005 سم2. قسمة قوة الحادث (على سبيل المثال ، 30 μW) على معدل تكرار الليزر (500 هرتز) يعطي متوسط طاقة لكل نبضة يبلغ 0.06 μJ. أخيرا ، بقسمة متوسط الطاقة لكل نبضة على مساحة سطح البقعة ، يتم الحصول على متوسط كثافة الطاقة لكل نبضة 120 μJ · cm-2. كثافة الطاقة المثالية هي تلك التي توفر إشارة TA كافية أثناء السقوط في نطاق خطي من طاقة المضخة ؛ ومع ذلك ، إذا كان من الممكن استخدام طاقة أقل دون التضحية بالكثير من الإشارة ، فيجب استخدامها. يعد ΔmOD ~ 1 عند <10 ps حلا وسطا جيدا بين الإشارة وقوة المضخة.
  5. إجراء قياسات TA فائقة السرعة
    1. مع وجود عينة MOF في الحامل ، تتداخل عوارض المضخة والمسبار ، وقوة إثارة مثالية تم اختيارها للعينة ، قم بإجراء قياسات ufTA.
    2. تحقق من نافذة Live View وتأكد من ضبط الوقت صفر بشكل صحيح على بداية زقزقة الكاشف.
      ملاحظة: عند التبديل بين العينة القياسية وعينة MOF ، قد يتم تغيير الوقت صفر قليلا ، وبالتالي الحاجة إلى التحقق مرة أخرى.
    3. اخرج من نافذة Live View إلى برنامج مقياس الطيف الرئيسي. تأكد من أن تعليق MOF يوفر طيفا مثاليا ل TA طوال النافذة الزمنية الممسوحة ضوئيا عن طريق تعيين معلمات لإجراء مسح سريع والنقر فوق الزر "ابدأ ". معلمات المسح السريع النموذجية هي نافذة زمنية من -5 ps إلى 8,000 ps ، ومسح واحد ، و 100 نقطة بيانات ، وخريطة نقطية أسية (أي 100 نقطة بيانات مسجلة بزيادات تناسب منحنى أسي) ، وزمن تكامل يبلغ 0.1 ثانية.
    4. بمجرد الانتهاء من طيف ufTA للمسح السريع ويبدو جيدا بشكل عام ، قم بتغيير معلمات المسح للحصول على قياس عالي الجودة وانقر فوق الزر "ابدأ ". المعلمات النموذجية هي نافذة زمنية من -5 ps إلى 8,000 ps ، وثلاث عمليات مسح ، و 200-300 نقطة بيانات ، وخريطة نقطة أسية ، ووقت تكامل من 2-3 ثوان.
      ملاحظة: ينصح عموما بألا يتجاوز وقت القياس 1 ساعة لتجنب التدهور المطول ، خاصة عند قوى المضخة الأعلى.
    5. بمجرد الانتهاء من طيف ufTA عالي الجودة ، أخرج العينة من حامل العينة وقم بقياس طيف امتصاص العينة لضمان القليل من التدهور. مزيد من تأكيد الحد الأدنى من التدهور عن طريق تمرير التعليق من خلال مرشح حقنة 20 نانومتر (جدول المواد) وقياس طيف الامتصاص مرة أخرى.

7- إعداد الأطر الفلزية العضوية لقياسات الانبعاثات

  1. اعتمادا على الطول الموجي للإثارة ، ينبعث PNH2 من مضان وبالتالي يتم حذفه من هذا الإجراء للحصول على أطياف الانبعاث الحقيقية وحركية تعليق MOF. بالإضافة إلى ذلك، يتم حذف عملية ترشيح المحاقن في الخطوتين 1.7 و 1.8.
    ملاحظة: لا تؤثر هذه الإغفالات بشكل ملحوظ على قياسات الانبعاثات.
  2. وزن 1 ملغ من MOF ونقله إلى قنينة نظيفة. نقل 3-4 مل من DMF إلى القارورة التي تحتوي على MOF. كرر الخطوة 1.3.
  3. قم بقياس طيف الامتصاص لتعليق MOF وقم بتخفيف التعليق حتى يتم الوصول إلى OD من 0.1-0.2 عند الطول الموجي للإثارة (القسم 2).
  4. نفذ إجراء التطهير المذكور أعلاه (القسم 3). تعليق MOF جاهز الآن لقياسات التألق.

8. قياسات انبعاثات الأطر الفلزية العضوية

  1. قم بتشغيل مقياس الفلور ومصباح القوس (جدول المواد ، الشكل التكميلي 2). افتح برنامج مقياس الفلور وحدد وضع الانبعاثات. ضع تعليق MOF المطهر في حامل العينة وحركه بشكل معتدل.
  2. مع الطول الموجي للإثارة المحدد في الخطوة 7.3 ، اضبط شقوق أحادية اللون للإثارة والانبعاث على 5 نانومتر كنقطة انطلاق وقم بإجراء مسح سريع للانبعاثات بوقت تكامل يبلغ 0.1 ثانية.
  3. بمجرد تحسين عرض النطاق الترددي للانبعاثات لتقديم إشارة جيدة (>10000 عدد) ، قم بقياس طيف انبعاث MOF باستخدام وقت تكامل 1 ثانية (أو أكثر). بعد ذلك ، قم بقياس طيف الإثارة للأطر الفلزية العضوية عند طول موجة انبعاث محدد. تأكد من أن طيف الإثارة يبدو مطابقا تقريبا لطيف امتصاص الأطر الفلزية العضوية.
  4. أغلق فتحة مصباح القوس وقم بتبديل وضع الجهاز إلى TCSPC (عد الفوتون الفردي المرتبط بالوقت) على البرنامج.
  5. حدد أحد مصابيح LED المستخدمة ل TCSPC بالطول الموجي المطلوب للإثارة وقم بإرفاقه بنافذة غرفة العينة بشكل عمودي على نافذة الكاشف. قم بتوصيل الأسلاك اللازمة بمصباح LED لدمجها في مقياس الفلوريميتر.
    1. اضبط الجهاز على الطول الموجي للانبعاث المطلوب ، وعرض النطاق الترددي على 5 نانومتر (اضبط إذا لزم الأمر) ، والنافذة الزمنية على 150 نانوثانية كنقطة انطلاق (يمكن تقصيرها اعتمادا على عمر العينة). قم بتطبيق هذه الإعدادات وابدأ قياسات TCSPC من نافذة البرنامج.
      ملاحظة: نقطة التوقف العامة لمعظم قياسات TCSPC هي عندما يصل الحد الأقصى للأعداد إلى قيمة 10000. بالإضافة إلى ذلك ، فإن معدل عد الكاشف الأمثل هو 1٪ -5٪ من معدل تكرار LED من أجل متابعة إحصائيات بواسون. استشر الشركة المصنعة ل TCSPC LED للحصول على مواصفات الجهاز إذا لم يتم توفيرها بالفعل.

النتائج

يظهر الشكل 4 أطياف الامتصاص الإلكترونية ل PCN-222 (fb) مع وبدون PNH2 والترشيح. كان MOF بدون PNH2 مجرد تلميح صوتي ومخفف. عند مقارنة الطيفين ، فإن الاختلاف الأكبر هو تقليل تشتت خط الأساس ، والذي يظهر على شكل امتصاص تصاعدي واسع مع انخفاض الأطوال الموجية ويوسع أيضا التحولات ال?...

Discussion

في حين أن النتائج والبروتوكول أعلاه يحددان المبادئ التوجيهية العامة لتقليل التشتت من الأطر الفلزية العضوية في التوصيف الطيفي ، هناك تباين كبير في حجم جسيمات الأطر الفلزية العضوية وهيكلها الذي يؤثر على النتائج الطيفية ، وبالتالي يطمس طرق التفسير. للمساعدة في توضيح التفسير وتخفيف الضغط ا?...

Disclosures

يعلن المؤلفون عدم وجود مصالح متنافسة.

Acknowledgements

تم دعم هذا العمل من قبل وزارة الطاقة بموجب المنحة DE-SC0012446.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
1 cm cuvette sample mount (SM1)Edinburgh Instrumentsn/aContact company
1 mL disposable syringesEXELINT26044
10 mL disposable syringesEXELINT26252
1-dram vialsFisherSciCG490001
20 nm syringe filtersVWR28138-005The filters are made by Whatman/Cytiva, and their catalog number is 6809-1002
200 nm syringe filtersCytiva, Whatman6784-1302
Absorption spectrophotometerAgilent Cary 5000 SpectrophotometerContact company
Acetronitrile (ACN)FisherSciAA36423
Ar gas tankLinde/PraxAirP-4563
bis amino-terminated polyethylene glycol (PNH2)Sigma-Aldrich452572MOF suspending agent
Clamping sample mount for nsTA (SM2)Ultrafast Systemsn/aContact company
Concave lens for telescope(CCL1)ThorlabsLD1613-A-ML
Convex lens for telescope (CVL1)ThorlabsLA1708-A-ML
Custom 1 cm optical cell with 24/40 outer jointQuarkGlassQSE-1Q10-2440 (Spectrosil Cat #1-Q-10We requested the 1 cm cell to have a joint
Custom 2mm optical cell with 14/20 outer jointQuarkGlassQSE-1Q2-1420 (Spectrosil Cat # 1-Q-2)We requested the 2 mm cell to have a joint
Dimethylformamide (DMF)FisherSciD119
Dye laser (Nd:YAG pumped) for 415 nm outputSirahCobraStretch
Dye laser dye, Exalite 417Luxottica4170
Femtosecond laserCoherentAstrella
Fluorimeter Photon Technology Inc. (Horiba)QuantaMaster QM-200-4E
Fluorimeter arc lamp, 75 WNewport6251NS
Fluorimeter PMTHamamatsu1527
Fluorimeter SoftwarePTI/HoribaFelixGX
Fluorimeter TCSPC ModuleBecker & Hickl GmbHPMH-100
lens mounts for telescopeThorlabsLMR1
Long purging needlesSTERiJECTPRE-22100
Magnetic stirrerUltrafast Systemsn/aContact company
mirror 1 (MM1) 350-700 nmNewport10Q20BB.1
MM1 mountThorlabsKM100
MM1 postThorlabsTR2
MM1 post holderThorlabsPH1.5
MM2 mountThorlabsMFM05
MM2,3 mirrorsthorlabsBB03-E02
MM2,3 postThorlabsMS3R
MM2,3 post basesThorlabsMBA1
MM2,3 post holdersThorlabsMPH50
MM3 mountThorlabsMK05
mounting posts for telescope opticsThorlabsTR4
Nanosecond TA Nd:YAG lasersSpectra-PhysicsQuantaRay INDI Nd:YAG
Nanosecond TA spectrometerEdinburgh InstrumentsLP980
nsTA ICCD cameraOxford InstrumentsAndor iStar ICCD cameraContact company
nsTA PMT HamamatsuR928
Optical parametric amplifierUltrafast SystemsApollo
ParafilmFisherSciS37440
Pinhole wheelThorlabsPHW16
Pinhole wheel post baseThorlabsCF125C
Pinhole wheel post holderThorlabsPH1.5
Pinhole wheel post/mount assemblyThorlabsNDC-PM
post bases for telescope opticsThorlabsCF125C
post holders for telescope opticsThorlabsPH4
Power detector for ns TAThorlabsS310C
Prism assembly (P2,3)Edinburgh Instrumentsn/aContact company
Prism mount (P1)OWISK50-FGS
Prism post (P1)ThorlabsTR4
Prism post base (P1)ThorlabsCF125C
Prism post holder (P1)ThorlabsPH4
Quartz prisms (P1-P3)Newport10SR20
Rubber outer joint septa (14/20)VWR89097-540
Rubber outer joint septa (24/40)ChemGlassCG-3022-24
Sonication tipBransonproduct discontinuedClosest alternative is 1/8" diam. tip from iUltrasonic
Square ND filtersThorlabsNEK01S
Stir barsStarnaCells/FisherSciNC9126395
Thorlabs power detector for ufTAThorlabsS401C
Thorlabs power meterThorlabsPM100D
Tip sonicatorBransonDigital Sonifer 450, product discontinuedClosest alternative is SFX550 from iUltrasonic
Tygon tubingGrainger8Y589
ufTA ND filter wheelThorlabsNDC-25C-2-A
ufTA ND filter wheel mountThorlabsNDC-PM
ufTA ND filter wheel postThorlabsPH2
ufTA ND filter wheel post baseThorlabsCF125C
ufTA pump alignment mirrorThorlabsPF10-03-F01
Ultrafast TA telescope assemblyUltrafast Systemsn/aContact company
Ultrafast transient absorption spectrometerUltrafast SystemsHeliosFire
Xe arc probe lampOSRAM4050300508788

References

  1. Zhou, H. -. C., Long, J. R., Yaghi, O. M. Introduction to metal-organic frameworks. Chemical Reviews. 112 (2), 673-674 (2012).
  2. Li, H., et al. Recent advances in gas storage and separation using metal-organic frameworks. Materials Today. 21 (2), 108-121 (2018).
  3. Xie, L. S., Skorupskii, G., Dincă, M. Electrically conductive metal-organic frameworks. Chemical Reviews. 120 (16), 8536-8580 (2020).
  4. Ye, Y., Zhao, Y., Sun, Y., Cao, J. Recent progress of metal-organic framework-based photodynamic therapy for cancer treatment. International Journal of Nanomedicine. 17, 2367-2395 (2022).
  5. Gibbons, B., Cai, M., Morris, A. J. A potential roadmap to integrated metal organic framework artificial photosynthetic arrays. Journal of the American Chemical Society. 144 (39), 17723-17736 (2022).
  6. Wang, Q., Gao, Q., Al-Enizi, A. M., Nafady, A., Ma, S. Recent advances in MOF-based photocatalysis: environmental remediation under visible light. Inorganic Chemistry Frontiers. 7 (2), 300-339 (2020).
  7. Bavykina, A., et al. Metal-organic frameworks in heterogeneous catalysis: recent progress, new trends, and future perspectives. Chemical Reviews. 120 (16), 8468-8535 (2020).
  8. Wang, C., Xie, Z., deKrafft, K. E., Lin, W. Doping metal-organic frameworks for water oxidation, carbon dioxide reduction, and organic photocatalysis. Journal of the American Chemical Society. 133 (34), 13445-13454 (2011).
  9. Wang, Q., Astruc, D. State of the art and prospects in metal-organic framework (MOF)-based and MOF-derived nanocatalysis. Chemical Reviews. 120 (2), 1438-1511 (2020).
  10. Lan, G., et al. Electron injection from photoexcited metal-organic framework ligands to ru2 secondary building units for visible-light-driven hydrogen evolution. Journal of the American Chemical Society. 140 (16), 5326-5329 (2018).
  11. Benseghir, Y., et al. Unveiling the mechanism of the photocatalytic reduction of CO2 to formate promoted by porphyrinic Zr-based metal-organic frameworks. Journal of Materials Chemistry A, Materials for Energy and Sustainability. 10 (35), 18103-18115 (2022).
  12. Rowe, J. M., et al. Sensitized photon upconversion in anthracene-based zirconium metal-organic frameworks. Chemical Communications. 54 (56), 7798-7801 (2018).
  13. Gharaati, S., et al. Triplet-triplet annihilation upconversion in a MOF with acceptor-filled channels. Chemistry. 26 (5), 1003-1007 (2020).
  14. Wang, F., et al. Transformable upconversion metal-organic frameworks for near-infrared light-programmed chemotherapy. Chemical Communications. 57 (63), 7826-7829 (2021).
  15. Roy, I., et al. Photon upconversion in a glowing metal-organic framework. Journal of the American Chemical Society. 143 (13), 5053-5059 (2021).
  16. Park, J., Xu, M., Li, F., Zhou, H. -. C. 3D long-range triplet migration in a water-stable metal-organic framework for upconversion-based ultralow-power in vivo imaging. Journal of the American Chemical Society. 140 (16), 5493-5499 (2018).
  17. Lin, S., et al. Photoelectrochemical alcohol oxidation by mixed-linker metal-organic frameworks. Faraday Discussions. 225, 371-383 (2020).
  18. Jiang, Z. W., Zhao, T. T., Li, C. M., Li, Y. F., Huang, C. Z. 2D MOF-based photoelectrochemical aptasensor for SARS-CoV-2 spike glycoprotein detection. ACS Applied Materials & Interfaces. 13 (42), 49754-49761 (2021).
  19. Shaikh, S. M., et al. Role of a 3D structure in energy transfer in mixed-ligand metal-organic frameworks. The Journal of Physical Chemistry C. 125 (42), 22998-23010 (2021).
  20. Shaikh, S. M., et al. Light harvesting and energy transfer in a porphyrin-based metal organic framework. Faraday Discussions. 216, 174-190 (2019).
  21. Logan, M. W., et al. Systematic variation of the optical bandgap in titanium-based isoreticular metal-organic frameworks for photocatalytic reduction of CO2 under blue light. Journal of Materials Chemistry A, Materials for Energy and Sustainability. 5 (23), 11854-11863 (2017).
  22. Zhang, Q., et al. Förster energy transport in metal-organic frameworks is beyond step-by-step hopping. Journal of the American Chemical Society. 138 (16), 5308-5315 (2016).
  23. Kent, C. A., et al. Energy transfer dynamics in metal-organic frameworks. Journal of the American Chemical Society. 132 (37), 12767-12769 (2010).
  24. Lin, J., et al. Triplet excitation energy dynamics in metal-organic frameworks. The Journal of Physical Chemistry C. 117 (43), 22250-22259 (2013).
  25. Li, X., Yu, J., Gosztola, D. J., Fry, H. C., Deria, P. Wavelength-dependent energy and charge transfer in MOF: a step toward artificial porous light-harvesting system. Journal of the American Chemical Society. 141 (42), 16849-16857 (2019).
  26. White, T. A., Arachchige, S. M., Sedai, B., Brewer, K. J. Emission spectroscopy as a probe into photoinduced intramolecular electron transfer in polyazine bridged Ru(II),Rh(III) supramolecular complexes. Materials. 3 (8), 4328-4354 (2010).
  27. Miller, J. N. Fluorescence energy transfer methods in bioanalysis. Analyst. 130 (3), 265-270 (2005).
  28. Cao, W., Tang, Y., Cui, Y., Qian, G. Energy transfer in metal-organic frameworks and its applications. Small Structures. 1 (3), 2000019 (2020).
  29. Lan, G., et al. Titanium-based nanoscale metal-organic framework for type i photodynamic therapy. Journal of the American Chemical Society. 141 (10), 4204-4208 (2019).
  30. Chen, D., Jin, Z., Xing, H. Titanium-porphyrin metal-organic frameworks as visible-light-driven catalysts for highly efficient sonophotocatalytic reduction of Cr(VI). Langmuir. 38 (40), 12292-12299 (2022).
  31. Berera, R., van Grondelle, R., Kennis, J. T. M. Ultrafast transient absorption spectroscopy: principles and application to photosynthetic systems. Photosynthesis Research. 101 (2-3), 105-118 (2009).
  32. Brown, A. M., McCusker, C. E., McCusker, J. K. Spectroelectrochemical identification of charge-transfer excited states in transition metal-based polypyridyl complexes. Dalton Transactions. 43 (47), 17635-17646 (2014).
  33. Farr, E. P., et al. Introduction to time-resolved spectroscopy: nanosecond transient absorption and time-resolved fluorescence of eosin B. Journal of Chemical Education. 95 (5), 864-871 (2018).
  34. Pattengale, B., Ostresh, S., Schmuttenmaer, C. A., Neu, J. Interrogating light-initiated dynamics in metal-organic frameworks with time-resolved spectroscopy. Chemical Reviews. 122 (1), 132-166 (2022).
  35. Santaclara, J. G., et al. Organic linker defines the excited-state decay of photocatalytic MIL-125(Ti)-type materials. ChemSusChem. 9 (4), 388-395 (2016).
  36. Hanna, L., Long, C. L., Zhang, X., Lockard, J. V. Heterometal incorporation in NH2-MIL-125(Ti) and its participation in the photoinduced charge-separated excited state. Chemical Communications. 56 (78), 11597-11600 (2020).
  37. Gutierrez, M., Cohen, B., Sánchez, F., Douhal, A. Photochemistry of Zr-based MOFs: ligand-to-cluster charge transfer, energy transfer and excimer formation, what else is there. Physical Chemistry Chemical Physics. 18 (40), 27761-27774 (2016).
  38. Adams, M., et al. Highly efficient one-dimensional triplet exciton transport in a palladium-porphyrin-based surface-anchored metal-organic framework. ACS Applied Materials & Interfaces. 11 (17), 15688-15697 (2019).
  39. Hassan, Z. M., et al. Spectroscopic investigation of bianthryl-based metal-organic framework thin films and their photoinduced topotactic transformation. Advanced Materials Interfaces. 9 (13), 2102441 (2022).
  40. Li, X., et al. Ultrafast relaxation dynamics in zinc tetraphenylporphyrin surface-mounted metal organic framework. The Journal of Physical Chemistry C. 122 (1), 50-61 (2018).
  41. Triggiani, L., et al. Excitation-dependent ultrafast carrier dynamics of colloidal tio2 nanorods in organic solvent. The Journal of Physical Chemistry C. 118 (43), 25215-25222 (2014).
  42. Pu, Y., Cai, F., Wang, D., Wang, J. -. X., Chen, J. -. F. Colloidal synthesis of semiconductor quantum dots toward large-scale production: a review. Industrial & Engineering Chemistry Research. 57 (6), 1790-1802 (2018).
  43. Zhou, L. -. L., et al. One-pot synthetic approach toward porphyrinatozinc and heavy-atom involved Zr-NMOF and its application in photodynamic therapy. Inorganic Chemistry. 57 (6), 3169-3176 (2018).
  44. Zhao, Y., et al. Metal-organic frameworks with enhanced photodynamic therapy: synthesis, erythrocyte membrane camouflage, and aptamer-targeted aggregation. ACS Applied Materials & Interfaces. 12 (21), 23697-23706 (2020).
  45. Zeng, J. -. Y., et al. π-extended benzoporphyrin-based metal-organic framework for inhibition of tumor metastasis. ACS Nano. 12 (5), 4630-4640 (2018).
  46. Cheng, Q., Debnath, S., Gregan, E., Byrne, H. J. Ultrasound-assisted SWNTs dispersion: effects of sonication parameters and solvent properties. The Journal of Physical Chemistry C. 114 (19), 8821-8827 (2010).
  47. Baig, Z., et al. Investigation of tip sonication effects on structural quality of graphene nanoplatelets (GNPs) for superior solvent dispersion. Ultrasonics Sonochemistry. 45, 133-149 (2018).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

194

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved