Unser Protokoll bietet die Möglichkeit, verschiedene gitterangepasste Kern-Schale-MOFs zu synthetisieren, und kann auf mehrere Paare erweitert werden. Nicht-isostrukturelle MOF-Paare können durch die solvotherme Reaktion mit einer nahtlosen Schnittstelle in einkristalline Kern-Schale-MOFs integriert werden. Durch den Einsatz von MOFs mit unterschiedlichen Pro-Environment-Materialien können Kern-Schale-Materialien für eine effiziente Gastrennung oder katalytische Anwendung entworfen und synthetisiert werden.
Zu Beginn werden 4,72 Gramm Kupfernitrat-Hemi-Pentahydrat in einen 100-Milliliter-Erlenmeyerkolben gegeben und in 60 Millilitern deionisiertem Wasser und DMF-Gemisch aufgelöst. Schwenken Sie den Kolben von Hand. Geben Sie sechs Milliliter dieser Lösung in eine 20-Milliliter-Durchstechflasche.
Als nächstes werden 1,76 Gramm 1,3,5-Benzoltricarbonsäure und 22 Milliliter Ethanol in einen 50-Milliliter-Erlenmeyerkolben gegeben und die Lösung bei 90 Grad Celsius auf einer erhitzten heißen Platte gerührt, bis sie sich aufgelöst hat. Geben Sie 2,2 Milliliter dieser Lösung in die Durchstechflasche mit der zuvor zubereiteten Lösung und fügen Sie sofort 12 Milliliter Essigsäure hinzu. Schließen Sie den Deckel der Durchstechflasche und stellen Sie sie 60 Stunden lang in einen Umluftofen, der auf 55 Grad Celsius erhitzt wird.
Den Mutterschnaps umfüllen. Waschen Sie die Kristalle, indem Sie zuerst frisches Ethanol mit einer Pipette in die Durchstechflasche geben und dann entfernen. Waschen Sie die Kristalle noch zwei weitere Male.
Für die Kern-Schale-Synthese werden die kubischen Kristalle von HKUST-1 in einem 20-Milliliter-Fläschchen mit dem Lösungsmittel N, N-Diethylformamid oder DEF gelagert. Geben Sie 0,760 Gramm Zinknitrat-Hexahydrat und 10 Milliliter DEF in ein 20-Milliliter-Fläschchen und lösen Sie es mit einem Ultraschallgerät auf. In ähnlicher Weise lösen Sie 0,132 Gramm Terephthalsäure in 10 Milliliter DEF in einer 20-Milliliter-Durchstechflasche auf.
Mischen Sie das Gesamtvolumen beider Lösungen in einem 35-Milliliter-Glasgefäß. Wiegen Sie die gefilterten HKUST-1-Kristalle schnell ab und geben Sie sie in das Glasgefäß mit der gemischten Lösung. Verschließe das Glas fest mit einer Silikonkappe.
Nachdem Sie die HKUST-1-Kristalle gut auf dem Boden des Glasgefäßes verteilt haben, stellen Sie das Glas in einen Umluftofen und erhitzen Sie es 36 Stunden lang bei 85 Grad Celsius. Dekantieren Sie die Mutterlauge und waschen Sie die entstandenen Kristalle, indem Sie zuerst frisches DEF in das Glas geben und dann das DEF entfernen. Waschen Sie die Kristalle noch zwei weitere Male.
Für den Lösungsmittelaustausch werden das Lagerlösungsmittel und DEF aus der Durchstechflasche mit HKUST-1@MOF-5 entsorgt und Dichlormethan in die Durchstechflasche gegeben. Schütteln Sie es für einen effektiven Austausch manuell und wechseln Sie das Dichlormethanlösungsmittel drei- bis viermal alle vier Stunden. Die rechnerischen Strukturmodelle für das HKUST-1@MOF-5-System auf der Ebene 001 und 111 sind hier dargestellt.
In dieser Abbildung sind die lichtmikroskopischen Aufnahmen von kubisch-geformtem HKUST-1, oktaederförmigem HKUST-1 und kubisch- und oktaederförmiger HKUST-1@MOF-5-Kernschale dargestellt. Der HKUST-1-Kristall befindet sich in der Mitte des farblosen MOF-5-Kristalls und verfügt über eine nahtlose Schnittstelle, um eine Kern-Schale-Struktur zu gewährleisten. Fotografien von HKUST-1@MOF-5 in Diethylformamid und Dichlormethan und die entsprechenden optischen Aufnahmen der Kern-Schale MOF mit kubischem und oktaederförmigem HKUST-1 sind hier zu sehen.
Die Bilder zeigen die PXRD-Muster von HKUST-1, HKUST-1@MOF-5 mit kubischem und oktaederförmigem HKUST-1 und die simulierten Muster von HKUST-1 und MOF-5. Diese PXRD-Messungen bewiesen die Phasenreinheit des Kern-Schale-Kristalls. Das Glasgefäß wird in den Konvektionsofen gestellt, wo die Expression des Kern-MOF für die Synthese eines einfach gewachsenen Kern-Schale-MOF wichtig ist.
PCN-68@MOF-5, UiO-66@MIL-88B und andere können nach diesem Verfahren synthetisiert werden, was bedeutet, dass es auf andere Kern-Schale-Paare erweitert werden kann. Diese Technologie kann einen systematischen Weg zum Entwerfen und Synthetisieren von Core-Shell-MOFs bieten, um die Leistung in einer bestimmten Anwendung zu verbessern.
