Name: synthesis and characterization of functionalized metal-organic frameworks
Uploaded: 2014-09-05T15:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Synthesis and Characterization of Functionalized Metal-organic Frameworks at JoVE.com

מחקר זה נתמך על ידי משרד האנרגיה האמריקאי, משרד אנרגיה של יסוד מדעי, האגף של מדעי כימיה, Geosciences וBiosciences תחת פרס DE-FG02-12ER16362.

.1 סינתזה של MOF ההורה (Br-YOMOF) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקול את 50 מ&quot;ג Zn (NO 3) 2 × 6 H 2 O (0.17 מילימול), DpnI 37.8 מ&quot;ג (0.09 מילימול) ו64.5 מ&quot;ג (4 carboxyphenyl-1,4-dibromo-2,3,5,6-tetrakis- בנזן) (Br-tcpb, 0.09 מילימול). מערבבים את כל המרכיבים מוצקים בבקבו...

<ol>
	<li>Phan, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis,+Structure,+and+Carbon+Dioxide+Capture+Properties+of+Zeolitic+Imidazolate+Frameworks.">Synthesis, Structure, and Carbon Dioxide Capture Properties of Zeolitic Imidazolate Frameworks.</a> Acc. Chem. Res. 43, 58-67 (2009).</li><li>Furukawa, H., Cordova, K. E., O&#8217;Keeffe, M., Yaghi, O. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Chemistry+and+Applications+of+Metal-Organic+Frameworks.">The Chemistry and Applications of Metal-Organic Frameworks.</a> Science. 341, (2013).</li><li>Farha, O. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal&#8211;Organic+Framework+Materials+with+Ultrahigh+Surface+Areas:+Is+the+Sky+the+Limit?.">Metal&#8211;Organic Framework Materials with Ultrahigh Surface Areas: Is the Sky the Limit?.</a> J. Am. Chem. Soc. 134, 15016-15021 (2012).</li><li>Suh, M. P., Park, H. J., Prasad, T. K., Lim, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogen+Storage+in+Metal&#8211;Organic+Frameworks.">Hydrogen Storage in Metal&#8211;Organic Frameworks.</a> Chem. Rev. 112, 782-835 (2011).</li><li>Sumida, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+Dioxide+Capture+in+Metal&#8211;Organic+Frameworks.">Carbon Dioxide Capture in Metal&#8211;Organic Frameworks.</a> Chem. Rev. 112, 724-781 (2011).</li><li>Liu, J., Thallapally, P. K., McGrail, B. P., Brown, D. R., Liu, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Progress+in+adsorption-based+CO2+capture+by+metal-organic+frameworks.">Progress in adsorption-based CO2 capture by metal-organic frameworks.</a> Chem. Soc. Rev. 41, 2308-2322 (2012).</li><li>Lee, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal-organic+framework+materials+as+catalysts.">Metal-organic framework materials as catalysts.</a> Chem. Soc. Rev. 38, 1450-1459 (2009).</li><li>Yoon, M., Srirambalaji, R., Kim, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Homochiral+Metal&#8211;Organic+Frameworks+for+Asymmetric+Heterogeneous+Catalysis.">Homochiral Metal&#8211;Organic Frameworks for Asymmetric Heterogeneous Catalysis.</a> Chem. Rev. 112, 1196-1231 (2011).</li><li>Kreno, L. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal&#8211;Organic+Framework+Materials+as+Chemical+Sensors.">Metal&#8211;Organic Framework Materials as Chemical Sensors.</a> Chem. Rev. 112, 1105-1125 (2011).</li><li>Chen, B., Xiang, S., Qian, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal&#8722;Organic+Frameworks+with+Functional+Pores+for+Recognition+of+Small+Molecules.">Metal&#8722;Organic Frameworks with Functional Pores for Recognition of Small Molecules.</a> Acc. Chem. Res. 43, 1115-1124 (2010).</li><li>Wang, J. L., Wang, C., Lin, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal&#8211;Organic+Frameworks+for+Light+Harvesting+and+Photocatalysis.">Metal&#8211;Organic Frameworks for Light Harvesting and Photocatalysis.</a> ACS Catalysis. 2, 2630-2640 (2012).</li><li>Lewis, D. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Zeolitic+Imidazole+Frameworks:+Structural+and+Energetics+Trends+Compared+with+their+Zeolite+Analogues.">Zeolitic Imidazole Frameworks: Structural and Energetics Trends Compared with their Zeolite Analogues.</a> CrystEngComm. 11, 2272-2276 (2009).</li><li>Mondloch, J. E., Karagiaridi, O., Farha, O. K., Hupp, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activation+of+metal-organic+framework+materials.">Activation of metal-organic framework materials.</a> CrystEngComm. 15, 9258-9264 (2013).</li><li>Karagiaridi, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+characterization+of+isostructural+cadmium+zeolitic+imidazolate+frameworks+via+solvent-assisted+linker+exchange.">Synthesis and characterization of isostructural cadmium zeolitic imidazolate frameworks via solvent-assisted linker exchange.</a> Chemical Science. 3, 3256-3260 (2012).</li><li>Burnett, B. J., Barron, P. M., Hu, C., Choe, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stepwise+Synthesis+of+Metal&#8211;Organic+Frameworks:+Replacement+of+Structural+Organic+Linkers.">Stepwise Synthesis of Metal&#8211;Organic Frameworks: Replacement of Structural Organic Linkers.</a> J. Am. Chem. Soc. 133, 9984-9987 (2011).</li><li>Kim, M., Cahill, J. F., Su, Y., Prather, K. A., Cohen, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Postsynthetic+ligand+exchange+as+a+route+to+functionalization+of+&amp;#34;inert&amp;#34;+metal-organic+frameworks.">Postsynthetic ligand exchange as a route to functionalization of &amp;#34;inert&amp;#34; metal-organic frameworks.</a> Chemical Science. 3, 126-130 (2012).</li><li>Bury, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+over+Catenation+in+Pillared+Paddlewheel+Metal&#8211;Organic+Framework+Materials+via+Solvent-Assisted+Linker+Exchange.">Control over Catenation in Pillared Paddlewheel Metal&#8211;Organic Framework Materials via Solvent-Assisted Linker Exchange.</a> Chem. Mater. 25, 739-744 (2013).</li><li>Karagiaridi, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Opening+Metal&#8211;Organic+Frameworks+Vol.+2:+Inserting+Longer+Pillars+into+Pillared-Paddlewheel+Structures+through+Solvent-Assisted+Linker+Exchange.">Opening Metal&#8211;Organic Frameworks Vol. 2: Inserting Longer Pillars into Pillared-Paddlewheel Structures through Solvent-Assisted Linker Exchange.</a> Chem. Mater. 25, 3499-3503 (2013).</li><li>Li, T., Kozlowski, M. T., Doud, E. A., Blakely, M. N., Rosi, N. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stepwise+Ligand+Exchange+for+the+Preparation+of+a+Family+of+Mesoporous+MOFs.">Stepwise Ligand Exchange for the Preparation of a Family of Mesoporous MOFs.</a> J. Am. Chem. Soc. , (2013).</li><li>Karagiaridi, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Opening+ZIF-8:+A+Catalytically+Active+Zeolitic+Imidazolate+Framework+of+Sodalite+Topology+with+Unsubstituted+Linkers.">Opening ZIF-8: A Catalytically Active Zeolitic Imidazolate Framework of Sodalite Topology with Unsubstituted Linkers.</a> J. Am. Chem. Soc. 134, 18790-18796 (2012).</li><li>Takaishi, S., DeMarco, E. J., Pellin, M. J., Farha, O. K., Hupp, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solvent-assisted+linker+exchange+(SALE)+and+post-assembly+metallation+in+porphyrinic+metal-organic+framework+materials.">Solvent-assisted linker exchange (SALE) and post-assembly metallation in porphyrinic metal-organic framework materials.</a> Chemical Science. 4, 1509-1513 (2013).</li><li>Vermeulen, N. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aromatizing+Olefin+Metathesis+by+Ligand+Isolation+inside+a+Metal&#8211;+Organic+Framework.">Aromatizing Olefin Metathesis by Ligand Isolation inside a Metal&#8211; Organic Framework.</a> J. Am. Chem. Soc. 135, 14916-14919 (2013).</li><li>Nelson, A. P., Farha, O. K., Mulfort, K. L., Hupp, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Supercritical+Processing+as+a+Route+to+High+Internal+Surface+Areas+and+Permanent+Microporosity+in+Metal&#8722;Organic+Framework+Materials.">Supercritical Processing as a Route to High Internal Surface Areas and Permanent Microporosity in Metal&#8722;Organic Framework Materials.</a> J. Am. Chem. Soc. 131, 458-460 (2008).</li><li>Farha, O. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=De+novo+synthesis+of+a+metal&#8211;organic+framework+material+featuring+ultrahigh+surface+area+and+gas+storage+capacities.">De novo synthesis of a metal&#8211;organic framework material featuring ultrahigh surface area and gas storage capacities.</a> Nat Chem. 2, 944-948 (2010).</li><li>Furukawa, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrahigh+Porosity+in+Metal-Organic+Frameworks.">Ultrahigh Porosity in Metal-Organic Frameworks.</a> Science. 329, 424-428 (2010).</li><li>Farha, O. K., Malliakas, C. D., Kanatzidis, M. G., Hupp, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+over+Catenation+in+Metal&#8722;Organic+Frameworks+via+Rational+Design+of+the+Organic+Building.">Control over Catenation in Metal&#8722;Organic Frameworks via Rational Design of the Organic Building.</a> J. Am. Chem. Soc. 132, 950-952 (2009).</li><li>Shultz, A. M., Sarjeant, A. A., Farha, O. K., Hupp, J. T., Nguyen, S. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Post-Synthesis+Modification+of+a+Metal&#8211;Organic+Framework+To+Form+Metallosalen-Containing+MOF+Materials.">Post-Synthesis Modification of a Metal&#8211;Organic Framework To Form Metallosalen-Containing MOF Materials.</a> J. Am. Chem. Soc. 133, 13252-13255 (2011).</li><li>Li, H., Eddaoudi, M., O&#39;Keeffe, M., Yaghi, O. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+synthesis+of+an+exceptionally+stable+and+highly+porous+metal-organic+framework.">Design and synthesis of an exceptionally stable and highly porous metal-organic framework.</a> Nature. 402, 276-279 (1999).</li><li>Ferey, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chromium+Terephthalate-Based+Solid+with+Unusually+Large+Pore+Volumes+and+Surface+Area.">Chromium Terephthalate-Based Solid with Unusually Large Pore Volumes and Surface Area.</a> Science. 309, 2040-2042 (2005).</li><li>Cavka, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+New+Zirconium+Inorganic+Building+Brick+Forming+Metal+Organic+Frameworks+with+Exceptional+Stability.">A New Zirconium Inorganic Building Brick Forming Metal Organic Frameworks with Exceptional Stability.</a> J. Am. Chem. Soc. 130, 13850-13851 (2008).</li><li>Chen, Z., Xiang, S., Zhao, D., Chen, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reversible+Two-Dimensional&#8722;Three+Dimensional+Framework+Transformation+within+a+Prototype+Metal&#8722;Organic+Framework.">Reversible Two-Dimensional&#8722;Three Dimensional Framework Transformation within a Prototype Metal&#8722;Organic Framework.</a> Crystal Growt., &amp; Design. 9, 5293-5296 (2009).</li><li>Walton, K. S., Snurr, R. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applicability+of+the+BET+Method+for+Determining+Surface+Areas+of+Microporous+Metal&#8722;Organic+Frameworks.">Applicability of the BET Method for Determining Surface Areas of Microporous Metal&#8722;Organic Frameworks.</a> J. Am. Chem. Soc. 129, 8552-8556 (2007).</li></ol>

התגבשות MOF היא הליך עדין שיכול להיות מעוכב על ידי אפילו שינויים קלים במספר הרבים של הפרמטרים המתארים את התנאים סינטטיים. לכן, טיפול מיוחד צריך לקחת בעת הכנת תערובת התגובה. טוהר linkers האורגני צריך להיות מאושר על ידי 1 H NMR לפני תחילתה של הסינתזה, כמו הנוכחות של אפילו ...

מסגרות מתכת אורגנית (MOFs) הן קבוצה של פולימרים תיאום גבישים מורכב מבלוטות המבוססת על מתכת (לדוגמא, Zn 2 +, 4 Zn O 6 +, ZR 6 O 4 (OH) 4 12+, Cr 3 (H 2 O ) 2 של 6 +, Zn 2 (COO 4)) המחובר על ידי linkers האורגני (למשל, di-, תלת, tetra- וhexacarboxylates, imidazolates 1, dipyridyls; ראה איור 1) 2 הורה מאוד (ולכן נוחים ל. רמות גבוהות של מבני אפיון), בשילוב עם האזורים שלהם יוצא דופן פני השטח (שהגיעו 7,000 מ &#39;2 / g) 3 להעניק להם את הפוטנציאל כמועמדים אטרקטיביים עבור שורה ארוכה של יישומים, החל מאחסון מימן 4 ולכידת פחמן 5,6 לקטליזה, 7,8 חישת 9,10 וקציר אור. 11 שלא במפתיע, MOFs שהושר על כמות גדולה של inteלנוח בקהילות הנדסת מדע וחומרים; מספר הפרסומים על MOFs בכתבי עת ביקורת עמיתים כבר גדל באופן אקספוננציאלי בעשור האחרון, עם 1,000-1,500 מאמרים כיום מתפרסמים בשנה. הסינתזה של MOFs בעלי תכונות רצויות, עם זאת, מציבה שורה של אתגרים. הנקודה העיקרית משיכה שלהם, כלומר נקבוביות יוצא דופן שלהם, למעשה עשויה להציג, לMOFs הספציפי, אחד המכשולים הגדולים ביותר לכיוון הפיתוח המוצלח שלהם. הווה החלל הריק הגדול אשר במסגרתן חומרים אלה כדי לגרוע מהיציבות התרמודינמית שלהם; כתוצאה מכך, כאשר MOFs מסונתז דה נובו (כלומר, על ידי solvothermally מגיב מבשרי המתכת וlinkers אורגני בצעד אחד), אבני הבניין המרכיב אותן לעתים קרובות נוטה להרכיב ל, פחות נקבובי צפוף יותר (ופחות רצוי עבור יישומים מסוימים, כגון אחסון גז) אנלוגים. 12 לאחר ההליך לreproducibly להשיג את מסגרת הטופולוגיה רצויה פותחה, MOF צריך להיות מטופל על מנת לאפשר היישום שלה בתהליכים הדורשים ספיחת גז. מאז MOFs מסונתז בפתרון, הכלובים וערוצים של גבישי MOF גדלו חדש מלאים בדרך כלל של ממס המשמש כמדיום התגובה רותח גבוה; הסרת הממס ללא גרימת קריסתה של המסגרת תחת כוחות הנימים דורשת סדרה של נהלים מיוחדים הידועה בשם &quot;הפעלת MOF&quot;. 13 לבסוף, על מנת להבטיח את טוהר של המוצר הסופי ולאפשר לימודים חד משמעיים של נכסים, MOFs הבסיסי צריך להיות מאופיין בקפדנות על הסינתזה שלהם. בהתחשב בעובדה שMOFs הם פולימרים תיאום, שהם מסיסים מאוד בממסים קונבנציונליים, תהליך זה כרוך לעתים קרובות כמה טכניקות שפותחו במיוחד לסוג כזה של חומרים. רב של טכניקות אלה מסתמכים על עקיפת רנטגן (XRD), אשר היא ייחודי חבילהד לספק אפיון ברמה הגבוהה של חומרים גבישיים אלה. בדרך כלל, סינתזת MOF באופנה מה שנקרא דה נובו מעסיקה תגובות solvothermal בסיר אחד בין מבשרי מתכת (מלחים אורגניים) וlinkers האורגני. שיטה זו סובלת ממגבלות רבות, כמו שיש שליטה מועטת על ההסדר של רכיבי MOF למסגרת, והמוצר וכתוצאה מכך לא תמיד יש את הטופולוגיה הרצויה. קל ליישום גישה המאפשרת לעקוף את הבעיות הקשורות לסינתזת דה נובו MOF הוא חילופי מקשר סייע ממס (נמכרים, איור 2). 14-16 שיטה זו כרוכה בחשיפת גבישי MOF השגה בקלות לפתרון מרוכז של מקשר הרצוי, עד linkers הבת להחליף לחלוטין את אלה של החברה האם. תמורת התגובה בצורה גביש קריסטל לאחת בודדת - כלומר, למרות ההחלפה של שנינות linkersHin המסגרת, החומר שומר על הטופולוגיה של MOF ההורה המקורי. נמכרים בעצם מאפשר סינתזה של MOFs עם שילובי מקשר טופולוגיה שקשה לגשת דה נובו. עד כה, שיטה זו יושמה בהצלחה להתגבר על אתגרים שונים סינטטיים MOF, כגון שליטה על catenation, 17 התרחבות של כלובי MOF, 18,19 סינתזה של הפולימורפים אנרגיה גבוהים 20, פיתוח של חומרים הפעילו כקטליזאטור 20,21 ואתר בידוד כדי להגן על חומרים כימיים תגובתי. 22 כמעט תמיד יש לי MOFs מסונתז טרי ערוצים מלאים הממס המשמש בסינתזה שלהם. ממס זה צריך להיות מוסר מהמסגרות על מנת לנצל את היתרונות של התכונות וספיחה הגז שלהם. כמקובל, זו מושגת על ידי) החלפת הממס בערוצים (בדרך כלל ממס רתיחה גבוה כמו N, -dimethylformamide &#39;N, DMF) עם ממס נדיף יותרכמו אתנול או dichloromethane ידי השרייה גבישי MOF בממס של בחירה, ב) חימום גבישי MOF תחת ואקום לזמנים ממושכים לפינוי הממס, או ג) שילוב של שתי הטכניקות הללו. שיטות הפעלה אלה, עם זאת, אינן מתאימות לרבים מהמשטח הגבוה MOFs thermodynamically השביר שעלולות לסבול מקריסת מסגרת בתנאים קשים כאלה. טכניקה המאפשרת הסרת ממס מהכלובים של משרד האוצר, תוך הימנעות את התחלתה של קריסת מסגרת נרחבת, היא הפעלה באמצעות CO 2 ייבוש סופר קריטי. 23 במהלך הליך זה, הממס בתוך מבנה MOF מוחלף עם CO הנוזלי 2. CO 2 הוא המשך מחומם ולחץ מעבר לנקודה קריטית שלה, וסופו של דבר אפשר להתאדות מהמסגרת. מאז סופר קריטי CO 2 לא מחזיקים כוחות נימים, טיפול הפעלה זו הוא פחות מכריח מאשר חימום ואקום קונבנציונלי של MOFs, ויש לואפשר גישה למרבית אזורי ultrahigh Brunauer-אמט-טלר (BET) המשטח שפורסמו עד כה, ובכלל זה משרד האוצר עם שטח פן אלוף. 3,24,25 במאמר זה, אנו מתארים את סינתזת דה נובו של נציג משרד האוצר נגיש בקלות, המשמש כתבנית טובה לתגובות נמכרים -. מסגרת עמודים-גלגל כפות Br-YOMOF 26 N הארוך ויחסית קשור בחולשתה, N &#39;-DI-4 -pyridylnaphthalenetetracarboxydiimide עמודים (DpnI) ניתן להחליף בקלות עם -1,2-di (4-pyridyl) -1,2-ethanediol (dped) כדי לייצר MOF SALEM-5 isostructural (איור 2). 18 יתר על כן, אנו מתווה טווינה שיש לנקוט הצעדים שצריכים להפעיל את SALEM-5 על ידי CO 2 ייבוש סופר קריטי ולאסוף בהצלחה איזותרמה N 2 שלה ולקבל שטח פן BET שלה. אנחנוגם לתאר טכניקות שונות רלוונטיות לאפיון MOF, כגון קריסטלוגרפיה ורנטגן 1 H NMR ספקטרוסקופיה (NMR).

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="352">
	<tbody>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:88px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:88px;">Company</td>
			<td style="width:88px;">Catalog number</td>
			<td style="width:88px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="85">
			<td height="85" style="height:85px;width:88px;">6&#8217;&#8217; Pasteur pipet</td>
			<td style="width:88px;">VWR</td>
			<td style="width:88px;">14673-010</td>
			<td style="width:88px;">For transferring MOF crystals</td>
		</tr>
		<tr height="127">
			<td height="127" style="height:127px;width:88px;">9&#8217;&#8217; Pasteur pipet</td>
			<td style="width:88px;">VWR</td>
			<td style="width:88px;">14673-043</td>
			<td style="width:88px;">For separating liquid solution from MOF crystals</td>
		</tr>
		<tr height="85">
			<td height="85" style="height:85px;width:88px;">1-dram vials</td>
			<td style="width:88px;">VWR</td>
			<td style="width:88px;"></td>
			<td style="width:88px;">For preparation of NMR samples</td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:88px;">2-dram vials</td>
			<td style="width:88px;">VWR</td>
			<td style="width:88px;">66011-088</td>
			<td style="width:88px;">For small-scale SALE reactions</td>
		</tr>
		<tr height="106">
			<td height="106" style="height:106px;width:88px;">4-dram vials</td>
			<td style="width:88px;">VWR</td>
			<td style="width:88px;">66011-121</td>
			<td style="width:88px;">For de novo pillared-paddlewheel MOF synthesis</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:88px;">NMR tube Grade 7</td>
			<td style="width:88px;">VWR</td>
			<td style="width:88px;">897235-0000</td>
			<td style="width:88px;"></td>
		</tr>
		<tr height="85">
			<td height="85" style="height:85px;width:88px;">NMR instrument Avance III 500 MHz</td>
			<td style="width:88px;">Bruker</td>
			<td style="width:88px;">N/A</td>
			<td style="width:88px;"></td>
		</tr>
		<tr height="85">
			<td height="85" style="height:85px;width:88px;">Oven</td>
			<td style="width:88px;">VWR</td>
			<td style="width:88px;">414004-566</td>
			<td style="width:88px;">For solvothermal MOF reactions</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:88px;">Sonicator</td>
			<td style="width:88px;">Branson</td>
			<td style="width:88px;">3510-DTH</td>
			<td style="width:88px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:88px;">Balance</td>
			<td style="width:88px;">Mettler-Toledo</td>
			<td style="width:88px;">XS104</td>
			<td style="width:88px;"></td>
		</tr>
		<tr height="78">
			<td height="100" rowspan="2" style="height:101px;width:88px;">Superctitical CO2 dryer</td>
			<td rowspan="2" style="width:88px;">Tousimis&#8482; Samdri&#174;</td>
			<td rowspan="2" style="width:88px;">8755B</td>
			<td rowspan="2" style="width:88px;">For activation of pillared-paddlewheel MOFs</td>
		</tr>
		<tr height="22">
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:88px;">Activation dish</td>
			<td style="width:88px;">N/A</td>
			<td style="width:88px;">N/A</td>
			<td style="width:88px;"></td>
		</tr>
		<tr height="148">
			<td height="148" style="height:148px;width:88px;">Tristar II 3020</td>
			<td style="width:88px;">Micromeritics</td>
			<td style="width:88px;">N/A</td>
			<td style="width:88px;">For collection of gas isotherms/measurement of BET surface area</td>
		</tr>
		<tr height="211">
			<td height="211" style="height:211px;width:88px;">X-ray diffractometer</td>
			<td style="width:88px;">Bruker</td>
			<td style="width:88px;">N/A</td>
			<td style="width:88px;">Kappa geometry goniometer, CuK&#945; radiation and Powder-diffraction data collection plugin.</td>
		</tr>
		<tr height="106">
			<td height="106" style="height:106px;width:88px;">Capillary tubes</td>
			<td style="width:88px;">Charles-Supper</td>
			<td style="width:88px;">Boron-Rich BG07&#160;</td>
			<td style="width:88px;">Thin walled Boron Rich capillary 0.7mm diameter</td>
		</tr>
		<tr height="85">
			<td height="85" style="height:85px;width:88px;">Beeswax</td>
			<td style="width:88px;">Huber</td>
			<td style="width:88px;">WAX</td>
			<td style="width:88px;">sticky wax for specimen fixation</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:88px;">Modeling Clay</td>
			<td style="width:88px;">Van Aken</td>
			<td style="width:88px;">Plastalina</td>
			<td style="width:88px;"></td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:26px;width:88px;">CO2 (l)</td>
			<td style="width:88px;">N/A</td>
			<td style="width:88px;">N/A</td>
			<td style="width:88px;"></td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:26px;width:88px;">N2 (l)</td>
			<td style="width:88px;">N/A</td>
			<td style="width:88px;">N/A</td>
			<td style="width:88px;"></td>
		</tr>
		<tr height="26">
			<td height="26" style="height:26px;width:88px;">N2 (g)</td>
			<td style="width:88px;">N/A</td>
			<td style="width:88px;">N/A</td>
			<td style="width:88px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:88px;">DMF</td>
			<td style="width:88px;">VWR</td>
			<td style="width:88px;">MK492908</td>
			<td style="width:88px;">For MOF reactions and storage</td>
		</tr>
		<tr height="106">
			<td height="106" style="height:106px;width:88px;">Ethanol</td>
			<td style="width:88px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:88px;">459844</td>
			<td style="width:88px;">For solvent exchange before supercritical drying</td>
		</tr>
		<tr height="51">
			<td height="51" style="height:51px;width:88px;">Zn(NO3)2 &#215; 6 H2O</td>
			<td style="width:88px;">Fluka</td>
			<td style="width:88px;">96482</td>
			<td style="width:88px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:88px;">dped</td>
			<td style="width:88px;">TCI</td>
			<td style="width:88px;">D0936</td>
			<td style="width:88px;"></td>
		</tr>
		<tr height="85">
			<td height="85" style="height:85px;width:88px;">dpni</td>
			<td style="width:88px;"></td>
			<td style="width:88px;"></td>
			<td style="width:88px;">Synthesized according to a published procedure</td>
		</tr>
		<tr height="85">
			<td height="85" style="height:85px;width:88px;">Br-tcpb</td>
			<td style="width:88px;"></td>
			<td style="width:88px;"></td>
			<td style="width:88px;">Synthesized according to a published procedure</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:88px;">D2SO4</td>
			<td style="width:88px;">Cambridge Isotopes</td>
			<td style="width:88px;">DLM-33-50</td>
			<td style="width:88px;">For MOF NMR</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:88px;">d6-DMSO</td>
			<td style="width:88px;">Cambridge Isotopes</td>
			<td style="width:88px;">DLM-10-100</td>
			<td style="width:88px;">For MOF NMR</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

synthesis and characterization of functionalized metal-organic frameworks

מסגרות מתכת אורגנית משכו כמויות יוצאות דופן של תשומת לב מחקרית, כפי שהם מועמדים אטרקטיביים עבור יישומים תעשייתיים וטכנולוגיים רבים. רכוש החתימה שלהם הוא נקבוביות ultrahigh, אשר עם זאת מקנה סדרה של אתגרים כשזה מגיע לשניהם בנייתם ​​ולעבוד איתם. אבטחה כימית רצוי MOF ופונקציונליות פיזיים על ידי הרכבה מקשר / צומת למסגרת נקבובית ביותר של בחירה יכול להוות קשיים, כפי שקרובים בפחות נקבובי ויותר תרמודינמית יציבה (למשל, הפולימורפים גבישים אחרים, אנלוגים catenated) לעתים קרובות מתקבלים באופן מועדף על ידי שיטות סינתזה קונבנציונליות. ברגע שהמוצר הרצוי מתקבל, האפיון שלה לעתים קרובות דורש טכניקות מיוחדות שסיבוכי כתובת פוטנציאליים הנובעים מ, למשל, אובדן אורח מולקולה או נטייה מועדפת של microcrystallites. לבסוף, גישה לחללים הגדולים בתוך MOFs לשימוש בApplications שכרוך גזים יכול להיות בעייתי, כמסגרות עשויות להיות כפופות לתקרוס במהלך ההסרה של מולקולות ממס (שרידים של סינתזת solvothermal). במאמר זה, אנו מתארים שיטות סינתזה ואפיון מנוצלות באופן שיגרתי במעבדה שלנו או כדי לפתור או לעקוף בעיות אלה. השיטות כוללות חילופי ממס בסיוע מקשר, עקיפה X-ray אבקה בנימים, והפעלת חומרים (פינוי חלל) על ידי CO 2 ייבוש סופר קריטי. לבסוף, אנו מספקים פרוטוקול לקביעת אזור לחץ מתאים להחלת ניתוח Brunauer-אמט-טלר לאיזותרמות חנקן, כדי להעריך שטח פנים של MOFs עם דיוק טוב.

השימוש בHCl במהלך סינתזת MOF הוא לעתים קרובות מועיל לצמיחה של גבישי MOF באיכות גבוהה. כפי שזה מאט את deprotonation של carboxylate (ומחייב של linkers למרכזי המתכת), הוא מקדם את צמיחה של גבישים גדולים יותר ומונע היווצרות של שלבי אמורפי וpolycrystalline, העשויים ליצור אם התגובה מותרת להמשיך במהירות...

Watch this Scientific Journal Video about Synthesis and Characterization of Functionalized Metal-organic Frameworks at JoVE.com

Synthesis and Characterization of Functionalized Metal-organic Frameworks

מסגרות סינתזה ואפיון של פונקציונליות מתכת אורגנית

סינתזה, הפעלה, ואפיון של חומרי מסגרת מתכת אורגנית במכוון נועדו הוא מאתגרת, במיוחד כאשר אבני בניין הוא הפולימורפים לא תואמים או לא רצויים הם העדיפו thermodynamically על צורות הרצויות. אנו מתארים כיצד יישומים של שער סייע ממס מקשר, עקיפה X-ray אבקה בנימים והפעלה באמצעות CO 2 ייבוש סופר קריטי, יכולים לתת מענה לחלק מהאתגרים האלה.

Metal-organic frameworks have attracted extraordinary amounts of research attention, as they are attractive candidates for numerous industrial and ...

Research

JoVE Journal

Chemistry

Preparation of Hydrophobic Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition of Perfluoroalkanes for the Removal of Ammonia

הכנת מסגרות מתכת אורגנית הידרופובי באמצעות פלזמה משופרת שיקוע הכימי של Perfluoroalkanes להסרת אמוניה

Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of perfluoroalkanes has long been studied for tuning the wetting properties of surfaces. For high ...

Synthesis of a Water-soluble Metal&#8211;Organic Complex Array

Synthesis of a Water-soluble MetalÃƒÆ’Ã‚Â¢ÃƒÂ¢Ã¢â‚¬Å¡Ã‚Â¬ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã…â€œOrganic Complex Array

סינתזה של מערך מורכב מתכת-אורגנית נמס במים

We demonstrate a method for the synthesis of a water-soluble multimetallic peptidic array containing a predetermined sequence of metal centers such as ...

Surface Functionalization of Metal-Organic Frameworks for Improved Moisture Resistance

Functionalization פני השטח של מסגרות מתכת-אורגנית להתנגדות לחות משופר

Metal-organic frameworks (MOFs) are a class of porous inorganic materials with promising properties in gas storage and separation, catalysis and sensing. ...

Development of Heterogeneous Enantioselective Catalysts using Chiral Metal-Organic Frameworks (MOFs)

Development of Heterogeneous Enantioselective Catalysts using Chiral Metal-Organic Frameworks MOFs

פיתוח זרזים הטרוגנית אנאנטיוניקטיביים באמצעות מתכת כיאלית-אורגנית מסגרות (MOFs)

Substrate size discrimination by the pore size and homogeneity of the chiral environment at the reaction sites are important issues in the validation of ...

Synthesis of Single-Crystalline Core-Shell Metal-Organic Frameworks

Because of their designability and unprecedented synergistic effects, core-shell metal-organic frameworks (MOFs) have been actively examined recently. ...

A Technical Guide for Performing Spectroscopic Measurements on Metal-Organic Frameworks

מדריך טכני לביצוע מדידות ספקטרוסקופיות במסגרות מתכת-אורגניות

Metal-organic frameworks (MOFs) offer a unique platform to understand light-driven processes in solid-state materials, given their high structural ...

Synthesis of Low-Valent MOFs from Multitopic Phosphine Linkers

Experimental Approaches for the Synthesis of Low-Valent Metal-Organic Frameworks from Multitopic Phosphine Linkers

Experimental Approaches for the Synthesis of Low-Valent Metal-Organic Frameworks from Multitopic Phosphine Linkers (Video) | JoVE 

גישות ניסיוניות לסינתזה של מסגרות מתכת-אורגניות בעלות ערך נמוך ממקשרים רב-נושאיים של פוספין

Metal-organic frameworks (MOFs) are the subject of intense research focus due to their potential applications in gas storage and separation, biomedicine, ...

Triazole and Tetrazole Functionalized Zr-MOFs Synthesis and Characterization

Synthesis of Triazole and Tetrazole-Functionalized Zr-Based Metal-Organic Frameworks Through Post-Synthetic Ligand Exchange

Functionalizing Metal-Organic Frameworks: Advancements, Challenges, and the Power of Post-Synthetic Ligand Exchange (Video) | JoVE

סינתזה של מסגרות מתכתיות-אורגניות מבוססות Zr מבוססות טריאזול וטטרזול באמצעות חילופי ליגנדים פוסט-סינתטיים

Metal-organic frameworks (MOFs) are a class of porous materials that are formed through coordination bonds between metal clusters and organic ligands. ...

Magnetometric Characterization of Redox-Active MOFs Solid-State Electrochemistry

Magnetometric Characterization of Intermediates in the Solid-State Electrochemistry of Redox-Active Metal-Organic Frameworks

Magnetometric Characterization of Intermediates in the Solid-State Electrochemistry of Redox-Active Metal-Organic Frameworks (Video) | JoVE 

אפיון מגנטומטרי של מתווכים באלקטרוכימיה של מצב מוצק של מסגרות מתכת-אורגניות פעילות חמצון-חיזור

Electrochemical energy storage has been a widely discussed application of redox-active metal-organic frameworks (MOFs) in the past 5 years. Although MOFs ...

Experiment File Setup for Nitrogen Porosimetry of Metal&#45;Organic Frameworks &#40;MOFs&#41;

Experiment File Setup for Nitrogen Porosimetry of Metal-Organic Frameworks (MOFs) (Video) | JoVE 

הגדרת קובץ ניסוי עבור פורוזימטריה חנקן של מסגרות מתכת-אורגניות (MOFs)