Síntesis de estructuras metal-orgánicas de núcleo monocristalino

Nuestro protocolo sugiere la posibilidad de sintetizar diversos MOF core-shell emparejados con la red, y puede extenderse a múltiples pares. El par MOF no isoestructural se puede integrar en MOF de núcleo monocristalino con una interfaz perfecta mediante la reacción solvotérmica. Mediante el uso de MOF con diferentes materiales pro-medio ambiente, se pueden diseñar y sintetizar materiales de núcleo y carcasa para una separación de gases eficiente o una aplicación catalítica.

Para empezar, añade 4,72 gramos de nitrato de cobre hemi-pentahidratado a un matraz Erlenmeyer de 100 mililitros y disuélvelo en 60 mililitros de agua desionizada y mezcla de DMF. Agite el matraz manualmente. Coloque seis mililitros de esta solución en un frasco de 20 mililitros.

A continuación, agregue 1,76 gramos de ácido 1, 3, 5-bencenotricarboxílico y 22 mililitros de etanol a un matraz Erlenmeyer de 50 mililitros, y revuelva la solución a 90 grados centígrados en una placa caliente hasta la disolución. Añadir 2,2 mililitros de esta solución al vial que contiene la solución preparada anteriormente e inmediatamente añadir 12 mililitros de ácido acético. Cierre la tapa del vial y colóquelo en un horno de convección calentado a 55 grados centígrados durante 60 horas.

Decantar el licor madre. Lave los cristales agregando primero etanol fresco al vial con un gotero y luego retirándolo. Lava los cristales dos veces más.

Para la síntesis de núcleo-cáscara, almacene los cristales cúbicos de HKUST-1 en un vial de 20 mililitros lleno de disolvente N, N-dietilformamida o DEF. Añadir 0,760 gramos de nitrato de zinc hexahidratado y 10 mililitros de DEF en un vial de 20 mililitros y disolverlo con un sonicador. Del mismo modo, disuelva 0,132 gramos de ácido tereftálico en 10 mililitros de DEF en un vial de 20 mililitros.

Mezcle el volumen total de ambas soluciones en un frasco de vidrio de 35 mililitros. Pesar rápidamente los cristales de HKUST-1 filtrados y colocarlos en el frasco de vidrio que contiene la solución mezclada. Selle el frasco herméticamente con una tapa de silicona.

Después de esparcir bien los cristales HKUST-1 en el fondo del frasco de vidrio, coloque el frasco en un horno de convección y caliéntelo a 85 grados centígrados durante 36 horas. Decanta el licor madre y lava los cristales resultantes agregando primero DEF fresco al frasco y luego quitando el DEF. Lava los cristales dos veces más.

Para el intercambio de disolventes, deseche el disolvente de almacenamiento y el DEF del vial que contiene HKUST-1@MOF-5 y agregue diclorometano en el vial. Agítelo manualmente para un intercambio efectivo y cambie el solvente de diclorometano tres o cuatro veces cada cuatro horas. Aquí se muestran los modelos de estructura computacional para el sistema HKUST-1@MOF-5 en los planos 001 y 111.

En esta figura se presentan las imágenes de microscopio óptico de HKUST-1 de forma cúbica, HKUST-1 de forma octaédrica y de núcleo de HKUST-1@MOF-5 de forma cúbica y octaédrica. El cristal HKUST-1 se encuentra en el centro del cristal MOF-5 incoloro, con una interfaz sin costuras para proporcionar una estructura núcleo-caparazón. Aquí se muestran fotografías de HKUST-1@MOF-5 en dietilformamida y diclorometano y las imágenes ópticas correspondientes del MOF de la capa de núcleos utilizando HKUST-1 de forma cúbica y octaédrica.

Las imágenes representan los patrones PXRD de HKUST-1, HKUST-1@MOF-5 con HKUST-1 cúbico y octaédrico, y los patrones simulados de HKUST-1 y MOF-5. Estas mediciones de PXRD demostraron la pureza de fase del cristal de núcleo-capa. colocando el frasco de vidrio en el horno de convección donde la expresión del MOF del núcleo es importante para sintetizar un MOF de núcleo y carcasa de un solo cultivo.

PCN-68@MOF-5, UiO-66@MIL-88B y otros se pueden sintetizar siguiendo este procedimiento, lo que significa que es expandible a otros pares núcleo-shell. Esta tecnología puede proporcionar una vía sistemática para diseñar y sintetizar MOF core-shell para mejorar el rendimiento en una aplicación específica.