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この記事について

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  • 要約
  • 概要
  • プロトコル
  • 結果
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  • 開示事項
  • 謝辞
  • 資料
  • 参考文献
  • 転載および許可

要約

ここでは、高分子安定剤を使用して、基底状態および過渡吸収スペクトルの散乱が著しく減少する金属有機フレームワーク(MOF)懸濁液を調製します。これらのMOF懸濁液により、プロトコルはMOFを分光的に特徴付けて解釈可能なデータを生成するためのさまざまなガイドラインを提供します。

要約

金属有機フレームワーク(MOF)は、その高い構造調整性により、固体材料の光駆動プロセスを理解するための独自のプラットフォームを提供します。しかし、MOFベースの光化学の進行は、これらの材料をスペクトル的に特徴付けるのが難しいために妨げられてきました。MOFのサイズは通常100 nmを超えるため、過度の光散乱が発生しやすく、過渡吸収や発光分光法などの貴重な分析ツールからのデータはほとんど解釈できません。MOFベースの光化学的および物理的プロセスに関する有意義な洞察を得るには、分光測定用のMOFを適切に準備すること、およびより高品質のデータを収集する実験セットアップに特別な注意を払う必要があります。これらの考慮事項を念頭に置いて、このガイドでは、MOFの分光学的調査のための一般的なアプローチと一連のガイドラインを提供します。このガイドでは、(1)サンプル調製方法、(2)MOFによる分光技術/測定、(3)実験セットアップ、(3)対照実験、および(4)実行後の安定性特性評価の主要なトピックを扱います。適切なサンプル調製と実験的アプローチにより、光とMOFの相互作用の基本的な理解に向けた先駆的な進歩が大幅に達成可能になります。

概要

金属有機骨格(MOF)は、有機分子によって結合された金属酸化物ノードで構成されており、ソルボサーマル条件下で構成部分が反応すると階層的な多孔質構造を形成します1。永久多孔性MOFは2000年代初頭に最初に報告され、それ以来、その構造コンポーネントの独自の調整可能性を考えると、急成長している分野は幅広い用途を網羅するように拡大しました2,3,4,5,6,7。MOFの分野が成長する過程で、光触媒8,9,10,11、アップコンバージョン12,13,14,15,16、光電気化学

プロトコル

1. 高分子安定剤を用いたMOF懸濁液の調製

  1. 50 mgのビスアミノ末端ポリエチレングリコール(PNH2、Mn ~1,500)を計量し(材料 を参照)、1ドラムバイアルに移します(材料表)。1〜5 mgのPCN-222(fb)(合成プロトコル11を参照)を計量し、PNH2と同じバイアルに入れます。
    注:可能な限り最高のMOF懸濁液を達成するには、MOF粒子サイズを作成するために必要な合成条件が1μm以下である必要があります。
  2. MOFを懸濁するための適切な溶媒(水でない場合は、ジメチルホルムアミド[DMF]やアセトニトリル[ACN]などの無水溶媒を使用; 材料表を参照)を見つけ、溶媒自体が選択した波長で励起されないように溶媒ウィンドウが十分に広いことを確認します。適切なピペットチップを取り付けたオートピペットを使用して、1〜3 mLの溶媒をバイアルに移します。
    注:上記の一般的に使用される溶媒は、幅の広い溶媒窓-CH3CN:200 nmの高エネルギーカットオフを備えています。DMF:270nmカットオフ。DMF、DMSO、トルエンなどの屈折率の高い溶媒(1.4-1.5)を使用すると、石英ガラスの屈折率(約1.46....

結果

PNH2 およびフィルタリングの有無にかかわらずPCN-222(fb)の電子吸収スペクトルを 図4に示します。PNH2 を含まないMOFは、チップ超音波処理され、希釈されたばかりでした。2つのスペクトルを比較すると、最大の違いはベースライン散乱の最小化であり、これは波長の減少に伴う広い上向きの吸収として現れ、電子遷移を非常に顕著に広げます。さらなる比.......

ディスカッション

上記の結果とプロトコルは、分光特性評価におけるMOFからの散乱を最小限に抑えるための一般的なガイドラインを示していますが、MOFの粒子サイズと構造には大きなばらつきがあり、分光結果に影響を与えるため、解釈方法が曖昧になります。解釈を明確にし、MOF分光データの分析に伴う負担を軽減するには、MOFを可能な限り小さくする手順を見つけることが重要です。これは、MOFのほとん?.......

開示事項

著者は競合する利益を宣言しません。

謝辞

この作業は、Grant DE-SC0012446の下でエネルギー省によってサポートされました。

....

資料

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

参考文献

  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.

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