金属有機フレームワークの分光測定を行うための技術ガイド

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、M_n ~1,500)を計量し(材料 表を参照)、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?.......

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
1 cm cuvette sample mount (SM1)	Edinburgh Instruments	n/a	Contact company
1 mL disposable syringes	EXELINT	26044
10 mL disposable syringes	EXELINT	26252
1-dram vials	FisherSci	CG490001
20 nm syringe filters	VWR	28138-005	The filters are made by Whatman/Cytiva, and their catalog number is 6809-1002
200 nm syringe filters	Cytiva, Whatman	6784-1302
Absorption spectrophotometer	Agilent	Cary 5000 Spectrophotometer	Contact company
Acetronitrile (ACN)	FisherSci	AA36423
Ar gas tank	Linde/PraxAir	P-4563
bis amino-terminated polyethylene glycol (PNH2)	Sigma-Aldrich	452572	MOF suspending agent
Clamping sample mount for nsTA (SM2)	Ultrafast Systems	n/a	Contact company
Concave lens for telescope(CCL1)	Thorlabs	LD1613-A-ML
Convex lens for telescope (CVL1)	Thorlabs	LA1708-A-ML
Custom 1 cm optical cell with 24/40 outer joint	QuarkGlass	QSE-1Q10-2440 (Spectrosil Cat #1-Q-10	We requested the 1 cm cell to have a joint
Custom 2mm optical cell with 14/20 outer joint	QuarkGlass	QSE-1Q2-1420 (Spectrosil Cat # 1-Q-2)	We requested the 2 mm cell to have a joint
Dimethylformamide (DMF)	FisherSci	D119
Dye laser (Nd:YAG pumped) for 415 nm output	Sirah	CobraStretch
Dye laser dye, Exalite 417	Luxottica	4170
Femtosecond laser	Coherent	Astrella
Fluorimeter	Photon Technology Inc. (Horiba)	QuantaMaster QM-200-4E
Fluorimeter arc lamp, 75 W	Newport	6251NS
Fluorimeter PMT	Hamamatsu	1527
Fluorimeter Software	PTI/Horiba	FelixGX
Fluorimeter TCSPC Module	Becker & Hickl GmbH	PMH-100
lens mounts for telescope	Thorlabs	LMR1
Long purging needles	STERiJECT	PRE-22100
Magnetic stirrer	Ultrafast Systems	n/a	Contact company
mirror 1 (MM1) 350-700 nm	Newport	10Q20BB.1
MM1 mount	Thorlabs	KM100
MM1 post	Thorlabs	TR2
MM1 post holder	Thorlabs	PH1.5
MM2 mount	Thorlabs	MFM05
MM2,3 mirrors	thorlabs	BB03-E02
MM2,3 post	Thorlabs	MS3R
MM2,3 post bases	Thorlabs	MBA1
MM2,3 post holders	Thorlabs	MPH50
MM3 mount	Thorlabs	MK05
mounting posts for telescope optics	Thorlabs	TR4
Nanosecond TA Nd:YAG lasers	Spectra-Physics	QuantaRay INDI Nd:YAG
Nanosecond TA spectrometer	Edinburgh Instruments	LP980
nsTA ICCD camera	Oxford Instruments	Andor iStar ICCD camera	Contact company
nsTA PMT	Hamamatsu	R928
Optical parametric amplifier	Ultrafast Systems	Apollo
Parafilm	FisherSci	S37440
Pinhole wheel	Thorlabs	PHW16
Pinhole wheel post base	Thorlabs	CF125C
Pinhole wheel post holder	Thorlabs	PH1.5
Pinhole wheel post/mount assembly	Thorlabs	NDC-PM
post bases for telescope optics	Thorlabs	CF125C
post holders for telescope optics	Thorlabs	PH4
Power detector for ns TA	Thorlabs	S310C
Prism assembly (P2,3)	Edinburgh Instruments	n/a	Contact company
Prism mount (P1)	OWIS	K50-FGS
Prism post (P1)	Thorlabs	TR4
Prism post base (P1)	Thorlabs	CF125C
Prism post holder (P1)	Thorlabs	PH4
Quartz prisms (P1-P3)	Newport	10SR20
Rubber outer joint septa (14/20)	VWR	89097-540
Rubber outer joint septa (24/40)	ChemGlass	CG-3022-24
Sonication tip	Branson	product discontinued	Closest alternative is 1/8" diam. tip from iUltrasonic
Square ND filters	Thorlabs	NEK01S
Stir bars	StarnaCells/FisherSci	NC9126395
Thorlabs power detector for ufTA	Thorlabs	S401C
Thorlabs power meter	Thorlabs	PM100D
Tip sonicator	Branson	Digital Sonifer 450, product discontinued	Closest alternative is SFX550 from iUltrasonic
Tygon tubing	Grainger	8Y589
ufTA ND filter wheel	Thorlabs	NDC-25C-2-A
ufTA ND filter wheel mount	Thorlabs	NDC-PM
ufTA ND filter wheel post	Thorlabs	PH2
ufTA ND filter wheel post base	Thorlabs	CF125C
ufTA pump alignment mirror	Thorlabs	PF10-03-F01
Ultrafast TA telescope assembly	Ultrafast Systems	n/a	Contact company
Ultrafast transient absorption spectrometer	Ultrafast Systems	HeliosFire
Xe arc probe lamp	OSRAM	4050300508788