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In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • Representative Results
  • Discussion
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

La sintesi mirata di nuove strutture metallo-organiche (MOF) è difficile e la loro scoperta dipende dalla conoscenza e dalla creatività del chimico. I metodi ad alto rendimento consentono di esplorare campi di parametri sintetici complessi in modo rapido ed efficiente, accelerando il processo di ricerca di composti cristallini e identificando tendenze sintetiche e strutturali.

Abstract

I metodi ad alta produttività (HT) sono uno strumento importante per lo screening rapido ed efficiente dei parametri di sintesi e la scoperta di nuovi materiali. Questo manoscritto descrive la sintesi di strutture metallo-organiche (MOF) da soluzione utilizzando un sistema di reattori HT, con conseguente scoperta di vari MOF a base di fosfonati della composizione [Al 2 H 12-x(PMP)3]Cl x∙6H2O (H 4 PMP = N,N '-piperazina bis(acido metilenfosfonico)) perx =4, 6, indicato come Al-CAU-60-xHCl, contenente ioni di alluminio trivalenti. Ciò è stato ottenuto in condizioni di reazione solvotermica esaminando sistematicamente l'impatto del rapporto molare del linker al metallo e il pH della miscela di reazione sulla formazione del prodotto. Il protocollo per l'indagine HT comprende sei fasi: a) pianificazione della sintesi (DOE = progettazione dell'esperimento) all'interno della metodologia HT, b) dosaggio e lavoro con reattori HT sviluppati internamente, c) sintesi solvotermica, d) lavoro di sintesi utilizzando blocchi di filtrazione sviluppati internamente, e) caratterizzazione mediante diffrazione a raggi X della polvere HT e f) valutazione dei dati. La metodologia HT è stata utilizzata per la prima volta per studiare l'influenza dell'acidità sulla formazione del prodotto, portando alla scoperta di Al-CAU-60∙xHCl (x = 4 o 6).

Introduction

Le strutture metallo-organiche (MOF) sono composti porosi e cristallini le cui strutture sono costituite da nodi contenenti metalli, come ioni metallici o cluster metallo-ossigeno, che sono collegati da molecole organiche (linker)1. Variando i nodi contenenti metalli e il linker, è possibile ottenere una varietà di composti che presentano una vasta gamma di proprietà e quindi hanno potenziali applicazioni in diversi campi1.

La stabilità di un materiale è importante per la sua applicazione 1,2,3. Perta....

Protocol

In questo protocollo, viene descritta l'indagine HT dei sistemi chimici per scoprire nuovi materiali cristallini, usando Al-CAU-6029 come esempio.

1. Progettazione dell'esperimento (DOE)

NOTA: Il primo passo consiste nell'impostare un piano di sintesi, che richiede la conoscenza della configurazione del reattore (Figura 2), dei reagenti e dei solventi utilizzati. Questa procedura di pianificazione .......

Representative Results

I dati PXRD sono illustrati nella Figura 9. Per la prima valutazione, i risultati ottenuti sono collegati ai parametri di sintesi dello spazio dei parametri indagato. L'indagine è stata condotta utilizzando sei diversi rapporti molari del linker al metallo e quattro diversi rapporti molari di NaOH/HCl ad Al3+. Collegando queste informazioni con i dati PXRD ottenuti (Figura 9), si può vedere che prodotti di bassa cristallinità sono stati ottenuti da.......

Discussion

A causa della complessità del metodo HT, i singoli passaggi e il metodo stesso sono discussi nelle sezioni seguenti. La prima parte copre le fasi critiche per ogni fase di lavoro del flusso di lavoro HT (Figura 1), le possibili modifiche e le limitazioni della tecnica, ove applicabile. Al termine, viene presentata una discussione generale che include anche il significato del metodo HT rispetto ai metodi esistenti e alle applicazioni future.

Nella prima fase del .......

Acknowledgements

Il lavoro è stato sostenuto dalla Christian-Albrechts-University, dallo Stato dello Schleswig-Holstein e dalla Deutsche Forschungsgemeinschaft (in particolare STO-643/2, STO-643/5 e STO-643/10).

Norbert Stock desidera ringraziare gli studenti B.Sc., M.Sc e dottorandi, nonché i partner di cooperazione che hanno realizzato molti progetti interessanti utilizzando la metodologia high-throughput, in particolare il Prof. Bein della Ludwig-Maximilians-Universität di Monaco, che ha svolto un ruolo importante nello sviluppo dei reattori.

....

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....

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