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

In This Article

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

Summary

הסינתזה הממוקדת של מסגרות מתכת-אורגניות חדשות (MOFs) היא קשה, וגילוין תלוי בידע וביצירתיות של הכימאי. שיטות תפוקה גבוהה מאפשרות לחקור שדות פרמטרים סינתטיים מורכבים במהירות וביעילות, להאיץ את תהליך מציאת תרכובות גבישיות ולזהות מגמות סינתטיות ומבניות.

Abstract

שיטות תפוקה גבוהה (HT) הן כלי חשוב לסינון מהיר ויעיל של פרמטרים של סינתזה וגילוי חומרים חדשים. כתב יד זה מתאר את הסינתזה של מסגרות מתכתיות-אורגניות (MOFs) מתמיסה באמצעות מערכת כור HT, וכתוצאה מכך התגלו MOFs שונים מבוססי פוספונטים של הרכב [Al 2 H12-x(PMP)3]Cl x∙6H2O (H 4 PMP = N,N '-piperazine bis(methylenephosphonic acid)) עבורx =4, 6, המסומן כ- Al-CAU-60-xHCl, המכיל יוני אלומיניום טריוולנטיים. זה הושג בתנאי תגובה סולוותרמית על ידי סינון שיטתי של ההשפעה של היחס המולרי של המקשר למתכת ואת ה- pH של תערובת התגובה על היווצרות המוצר. הפרוטוקול לחקירת HT כולל שישה שלבים: א) תכנון סינתזה (DOE = תכנון ניסוי) במסגרת מתודולוגיית HT, ב) מינון ועבודה עם כורי HT שפותחו בתוך החברה, ג) סינתזה סולבותרמית, ד) עיבוד סינתזה באמצעות בלוקי סינון שפותחו בתוך החברה, ה) אפיון על ידי עקיפה של קרני רנטגן באבקת HT, ו) הערכה של הנתונים. מתודולוגיית HT שימשה לראשונה לחקר השפעת החומציות על היווצרות המוצר, מה שהוביל לגילוי Al-CAU-60∙xHCl (x = 4 או 6).

Introduction

מסגרות מתכתיות-אורגניות (MOFs) הן תרכובות נקבוביות גבישיות שהמבנים שלהן מורכבים מצמתים המכילים מתכת, כמו יוני מתכת או צבירי מתכת-חמצן, המחוברים באמצעות מולקולות אורגניות (מקשרים)1. על ידי שינוי הצמתים המכילים מתכת כמו גם המקשר, ניתן לקבל מגוון של תרכובות המציגות מגוון רחב של תכונות ולכן יש יישומים פוטנציאליים בתחומים שונים1.

יציבות החומר חשובה ליישומו 1,2,3. לכן, MOFs המכילים יוני מתכת תלת-או טטרוולנטיים, כגון Al 3+, Cr3+, Ti 4+ או Zr4+, עם מולקולות קישור קר....

Protocol

בפרוטוקול זה מתוארת חקירת HT של מערכות כימיות לגילוי חומרים גבישיים חדשים, תוך שימוש ב- Al-CAU-6029 כדוגמה.

1. תכנון ניסוי (DOE)

הערה: הצעד הראשון הוא להגדיר תוכנית סינתזה, אשר דורשת ידע על הגדרת הכור (איור 2), מגיבים וממסים שבהם נעשה שימוש. הליך תכנון הסינתזה הזה מותאם לביצוע 24 או 48 תגובות במסגרת תוכנית זמן טמפרטורה ספציפית, שעבורה רב-מובעי פלדה מתוצרת בית משמשים לביצוע 24 (איור 2A) או 48 תגובות (איור 2B) בבת אחת. הכורים הם תוספות PTFE מתוצרת פנימית עם נפח מגיב/ממס משומש של 1 מ"ל (כו....

תוצאות

נתוני PXRD מוצגים באיור 9. עבור ההערכה הראשונה, התוצאות המתקבלות קשורות לפרמטרי הסינתזה של מרחב הפרמטרים הנחקר. החקירה בוצעה באמצעות שישה יחסים מולאריים שונים של מקשר למתכת וארבעה יחסים מולאריים שונים של NaOH/HCl ל-Al3+. על-ידי קישור מידע זה עם נתוני PXRD שהתקבלו (אי.......

Discussion

בשל המורכבות של שיטת HT, השלבים האישיים ואת השיטה עצמה נדונים בסעיפים הבאים. החלק הראשון מכסה את השלבים הקריטיים עבור כל שלב עבודה בתהליך העבודה של HT (איור 1), שינויים אפשריים ומגבלות של הטכניקה, היכן שהדבר ישים. בסופו של דבר מוצג דיון כללי הכולל גם את משמעותה של שיטת HT ביחס לש?.......

Disclosures

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgements

העבודה נתמכה על ידי האוניברסיטה הנוצרית-אלברכטס, מדינת שלזוויג-הולשטיין וה-Deutsche Forschungsgemeinschaft (במיוחד STO-643/2, STO-643/5 ו-STO-643/10).

נורברט סטוק רוצה להודות לתלמידי B.Sc, M.Sc והדוקטורט, כמו גם לשותפים לשיתוף הפעולה שביצעו פרויקטים מעניינים רבים תוך שימוש במתודולוגיית התפוקה הגבוהה, ובמיוחד לפרופ' ביין מאוניברסיטת לודוויג-מקסימיליאן במינכן, שמילא תפקיד מרכזי בפיתוח הכורים.

....

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
AlCl3·6H2OGrüssingN/A99%
Filter block for filtration of max. 48 reaction mixturesIn-house madeN/ATechnical drawings in the supplementary files
Hydrochloric acidHoneywell258148Conc. 37 %, p.a.
Multiclaves with 24 individual Teflon insertsIn-house madeN/ATechnical drawings in the supplementary files
N,N ‘-piperazine bis(methylenephosphonic acidPrepared by coworkersN/AH4PMP,  Prepared by coworkers with the method reported by Villemin et al.: D. Villemin, B. Moreau, A. Elbilali, M.-A. Didi, M.’h. Kaid, P.-A. Jaffrès, Phosphorus Sulfur Silicon Relat. Elem. 2010, 185, 2511.
Sample Plate for PXRDIn-house madeN/ATechnical drawings in the supplementary files
Sodium hydroxideGrüssingN/A99%
Stoe Stadi P CombiSTOEStadi P CombiCu-Kα1 radiation (λ = 1.5406 Å); transmission geometry; MYTHEN2 1K detector; opening angle 18°; curved  monochromator; xy-table
Forced convection ovenMemmertUFP400

References

  1. Kaskel, S. . The Chemistry of Metal-Organic Frameworks: Synthesis, Characterization, and Applications. , (2016).
  2. Ding, M., Cai, X., Jiang, H. -. L. Improving MOF stability: approaches and applications. Chemical Science. 10 (44), 10209-10230 (2019).
  3. St....

Reprints and Permissions

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

Request Permission

Explore More Articles

200

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved