Name: Synthesis of Single-Crystalline Core-Shell Metal-Organic Frameworks (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-02-10T13:35:00.000+00:00
Duration: 5 min 26 s
Description: 학습하세요 HKUST-1과 MOF-5를 이용한 단결정 코어-셸 금속-유기 골격체 합성법을. 용매열 반응을 통해 비동형 구조의 MOF 쌍을 원활한 계면으로 통합하여 기체 분리 및 촉매에 활용할 수 있는 재료를 설계합니다.

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이 연구는 한국연구재단(NRF)의 지원으로 이뤄졌으며, 과학기술정보원(NO. NRF-2020R1A2C3008908 및 2016R1A5A1009405).

주의 : 실험을 수행하기 전에 이 프로토콜에 사용된 화학 물질의 물질안전보건자료(MSDS)를 철저히 읽고 이해하십시오. 적절한 보호 장비를 착용하십시오. 모든 합성 절차에 흄 후드를 사용하십시오.
1. 입방 HKUST-1의 합성
참고: 실험 절차는 이전에 보고된 방법14를 기반으로 하였다. 코어-쉘 합성을 위해 한 번에 10개의 포트를 합성했습니다. 따라서 용액 10 냄비를 한 번에 준비한 다음 배포했습니다.
<ol><li>100mL 삼각 플라스크에 4.72g(20.3mmol)의 Cu(NO3)2·2.5H 2O를 넣고 60mL의 탈이온수(D.I.) 물과 N,N-디메틸포름아미드(DMF) 혼합물(1:1, v/v)에 녹여 플라스크를 수동으로 소용돌이칩니다.</li>
	<li>1.76g(8.38mmol)의 1,3,5-벤젠트리카르복실산(H3BTC)과 22mL의 에탄올을 50mL 삼각 플라스크에 넣고 용액을 가열된 핫플레이트에서 용액이 용해될 때까지 90°C에서 저어줍니다.</li>
	<li>용액 1.1(1.1단계에서 준비한 용액) 6mL를 각 20mL 바이알에 넣습니다.</li>
	<li>교반 및 가열하면서 용액 1.2 (단계 1.2에서 제조 된 용액) 2.2mL를 용액 1.1을 포함하는 바이알에 넣고 즉시 12mL의 아세트산을 첨가합니다. 참고: 한 번에 12mL의 아세트산을 추가해야 합니다.</li>
	<li>바이알의 뚜껑을 닫고 55°C로 60시간 동안 가열된 컨벡션 오븐에 넣습니다.</li>
	<li>60시간 후 모액을 빠르게 디캔팅하고 스포이드를 사용하여 신선한 에탄올(바이알을 채우기에 충분한 양)을 세 번 추가 및 제거하여 결정을 세척합니다.</li>
	<li>코어-쉘 합성의 경우 HKUST-1의 입방 결정을 N,N-디에틸포름아미드(DEF) 용매로 가득 찬 20mL 바이알에 보관합니다.</li>
</ol>2. 팔면체 HKUST-1의 합성
<ol><li>100mL 삼각 플라스크에 Cu(NO3)2·2.5H2O와 D.I. 물 30mL를 4.72g(20.3mmol)의 Cu(NO)2·2.5H2O와 30mL의 D.I. 물을 넣고 플라스크를 소용돌이쳐 고체를 용해시키고 용해 후 DMF 30mL를 첨가한다.</li>
	<li>100mL 삼각 플라스크에 3.60g(17.1mmol)의 H3BTC를 45mL의 에탄올에 넣고 용액을 가열된 핫플레이트에서 용액이 용해될 때까지 90°C에서 교반합니다.</li>
	<li>용액 2.1(2.1단계에서 준비한 용액) 6mL를 각 50mL 바이알에 넣습니다.</li>
	<li>교반 및 가열하면서 용액 2.2(단계 2.2에서 제조한 용액) 4.5mL를 용액 2.1을 포함하는 바이알에 넣고 즉시 12mL의 아세트산을 추가합니다. 참고: 아세트산 12mL는 나누지 않고 한 번에 추가해야 합니다.</li>
	<li>바이알의 뚜껑을 닫고 55°C로 22시간 동안 가열된 컨벡션 오븐에 넣습니다.</li>
	<li>22시간 후 모액을 빠르게 디캔팅하고 스포이드를 사용하여 신선한 에탄올을 세 번 추가 및 제거하여 결정을 세척합니다.</li>
	<li>코어-쉘 합성의 경우 HKUST-1의 팔면체 결정을 DEF 용매로 가득 찬 20mL 바이알에 보관합니다.</li>
</ol>3. HKUST-1@MOF-5 코어 쉘의 합성
참고 : 코어-쉘 합성 방법은 팔면체와 입방 HKUST-1 모두에서 동일합니다.
<ol><li>0.760g(2.55mmol)의 Zn(NO3)2·6H2O및 0.132g(0.795mmol)의 테레프탈산을 20mL 바이알에 10mL의 DEF에 별도로 초음파 발생기를 사용하여 저장한다.</li>
	<li>두 용액의 전체 부피를 35mL 유리병에 섞습니다.</li>
	<li>여과된 HKUST-1 결정(5mg)의 무게를 빠르게 측정하고 혼합 용액이 들어 있는 유리병에 결정을 넣습니다. 정전기를 방지하려면 여과지를 사용하여 무게를 잰다. 실리콘 캡으로 항아리를 단단히 밀봉하십시오.</li>
	<li>HKUST-1 결정을 유리병 바닥에 잘 펴 바른 후 병을 컨벡션 오븐에 넣고 85°C에서 36시간 동안 가열합니다.</li>
	<li>36시간 후, 모액을 빠르게 디캔팅하고 스포이드를 사용하여 신선한 에탄올을 세 번 추가 및 제거하여 결과 결정을 세척합니다.</li>
</ol>4. HKUST-1@MOF-5 코어 쉘의 용매 교환
<ol><li>HKUST-1@MOF-5가 들어 있는 바이알에서 저장 용매 DEF를 폐기합니다.</li>
	<li>디클로로메탄(DCM)(바이알을 채우는 부피)을 바이알에 넣고 효과적으로 교환할 수 있도록 수동으로 흔듭니다.</li>
	<li>DCM 용매를 4시간마다 3-4회 교체합니다.</li>
</ol>

<ol><li>Liu, C., Wang, J., Wan, J., Yu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MOF-on-MOF+hybrids%3A+Synthesis+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Coordination+Chemistry+Reviews%22%5BJournal%5D)">MOF-on-MOF hybrids: Synthesis and applications.</a> Coordination Chemistry Reviews. 432, 213743(2021).</li>
<li>Hong, D. H., Shim, H. S., Ha, J., Moon, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MOF-on-MOF+architectures%3A+Applications+in+separation%2C+catalysis%2C+and+sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Bulletin+of+the+Korean+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">MOF-on-MOF architectures: Applications in separation, catalysis, and sensing.</a> Bulletin of the Korean Chemical Society. 42 (7), 956-969 (2021).</li>
<li>Ha, J., Moon, H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+MOF-on-MOF+architectures+in+the+context+of+interfacial+lattice+matching%5BTitle%5D)+AND+%22CrystEngComm%22%5BJournal%5D)">Synthesis of MOF-on-MOF architectures in the context of interfacial lattice matching.</a> CrystEngComm. 23 (12), 2337-2354 (2021).</li>
<li>Lee, S., Oh, S., Oh, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atypical+hybrid+metal-organic+frameworks+%28MOFs%29%3A+A+combinative+process+for+MOF-on-MOF+growth%2C+etching%2C+and+structure+transformation%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Atypical hybrid metal-organic frameworks (MOFs): A combinative process for MOF-on-MOF growth, etching, and structure transformation.</a> Angewandte Chemie International Edition. 59 (3), 1327-1333 (2020).</li>
<li>Li, T., Sullivan, J. E., Rosi, N. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+preparation+of+a+core-shell+metal-organic+framework+for+selective+CO2+capture%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Design and preparation of a core-shell metal-organic framework for selective CO2 capture.</a> Journal of the American Chemical Society. 135 (27), 9984-9987 (2013).</li>
<li>Cho, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interface-sensitized+chemiresistor%3A+Integrated+conductive+and+porous+metal-organic+frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Engineering+Journal%22%5BJournal%5D)">Interface-sensitized chemiresistor: Integrated conductive and porous metal-organic frameworks.</a> Chemical Engineering Journal. 449, 137780(2022).</li>
<li>Faustini, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+approach+toward+continuous+and+ultrafast+synthesis+of+metal-organic+framework+crystals+and+hetero+structures+in+confined+microdroplets%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Microfluidic approach toward continuous and ultrafast synthesis of metal-organic framework crystals and hetero structures in confined microdroplets.</a> Journal of the American Chemical Society. 135 (39), 14619-14626 (2013).</li>
<li>Boone, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Designing+optimal+core-shell+MOFs+for+direct+air+capture%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Designing optimal core-shell MOFs for direct air capture.</a> Nanoscale. 14 (43), 16085-16096 (2022).</li>
<li>Yang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((One-step+synthesis+of+hybrid+core-shell+metal-organic+frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+Edition%22%5BJournal%5D)">One-step synthesis of hybrid core-shell metal-organic frameworks.</a> Angewandte Chemie Edition. 57 (15), 3927-3932 (2018).</li>
<li>Kim, S., Lee, J., Jeoung, S., Moon, H. R., Kim, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface-deactivated+core-shell+metal-organic+framework+by+simple+ligand+exchange+for+enhanced+size+discrimination+in+aerobic+oxidation+of+alcohols%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry%22%5BJournal%5D)">Surface-deactivated core-shell metal-organic framework by simple ligand exchange for enhanced size discrimination in aerobic oxidation of alcohols.</a> Chemistry. 26 (34), 7568-7572 (2020).</li>
<li>Koh, K., Wong-Foy, A. G., Matzger, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MOF%40MOF%3A+microporous+core-shell+architectures%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">MOF@MOF: microporous core-shell architectures.</a> Chemical Communications. (41), 6162-6164 (2009).</li>
<li>Luo, T. -Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multivariate+stratified+metal-organic+frameworks%3A+diversification+using+domain+building+blocks%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Multivariate stratified metal-organic frameworks: diversification using domain building blocks.</a> Journal of the American Chemical Society. 141 (5), 2161-2168 (2019).</li>
<li>Tang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+conversion+of+core-shell+metal-organic+frameworks%3A+a+new+method+for+selectively+functionalized+nanoporous+hybrid+carbon%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Thermal conversion of core-shell metal-organic frameworks: a new method for selectively functionalized nanoporous hybrid carbon.</a> Journal of the American Chemical Society. 137 (4), 1572-1580 (2015).</li>
<li>Kwon, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Computer-aided+discovery+of+connected+metal-organic+frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Computer-aided discovery of connected metal-organic frameworks.</a> Nature Communications. 10 (1), 3620(2019).</li>
<li>Yuan, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stable+metal-organic+frameworks%3A+Design%2C+synthesis%2C+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Stable metal-organic frameworks: Design, synthesis, and applications.</a> Advanced Materials. 30 (37), 1704303(2018).</li>
<li>Feng, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Uncovering+two+principles+of+multivariate+hierarchical+metal-organic+framework+synthesis+via+retrosynthetic+design%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Central+Science%22%5BJournal%5D)">Uncovering two principles of multivariate hierarchical metal-organic framework synthesis via retrosynthetic design.</a> ACS Central Science. 4 (12), 1719-1726 (2018).</li>
<li>Furukawa, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heterogeneously+hybridized+porous+coordination+polymer+crystals%3A+fabrication+of+heterometallic+core-shell+single+crystals+with+an+in-plane+rotational+epitaxial+relationship%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Heterogeneously hybridized porous coordination polymer crystals: fabrication of heterometallic core-shell single crystals with an in-plane rotational epitaxial relationship.</a> Angewandte Chemie International Edition. 48 (10), 1766-1770 (2009).</li>
<li>Guo, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+core-shell+ZIF-67%40Co-MOF-74+catalyst+with+controllable+shell+thickness+and+enhanced+photocatalytic+activity+for+visible+light-driven+water+oxidation%5BTitle%5D)+AND+%22CrystEngComm%22%5BJournal%5D)">Synthesis of core-shell ZIF-67@Co-MOF-74 catalyst with controllable shell thickness and enhanced photocatalytic activity for visible light-driven water oxidation.</a> CrystEngComm. 20 (47), 7659-7665 (2018).</li>
</ol>

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이 프로토콜에서, 입방체 및 팔면체 형상의 HKUST-1 결정이 합성되었으며, 이는 이전에 보고된 방법14를 참조하였다. HKUST-1의 합성을 위해, Cu(NO3)2·2.5H2O의 용액을 가열 교반하면서 H3 BTC 용액을 첨가하여온도가 낮아짐에 따라H3BTC의 침전을 방지하였다. 그 후, 빠른 핵형성을 방지하고 큰 단결정의 성장을 보장하기 위해 아세트산을 즉시 첨가하였다. 바이알을 오븐에서 꺼내자마자 원치 않는 추가 결정화를 방지하기 위해 뜨거운 모액을 신속하게 폐기했습니다. 생성된 결정을 에탄올로 3회 세척하고, 코어-쉘 합성을 위해 신선한 DEF에 저장하였다.
코어-쉘 합성을 위해 HKUST-1 결정을 여과지에 플라스틱 스포이드로 떨어뜨려 계량을 위해 결정 표면의 용매를 빠르게 제거했습니다. 코어 크리스탈은 오븐에 넣기 전에 유리병 ...

MOF-on-MOF는 두 개 이상의 서로 다른 금속-유기 프레임워크(MOF)1,2,3으로 구성된 하이브리드 재료 유형입니다. 구성 요소와 구조의 다양한 조합으로 인해 MOF-on-MOF는 단일 MOF에서는 달성되지 않은 놀라운 특성을 가진 다양한 새로운 복합재를 제공하여 많은 응용 분야에서 큰 잠재력을 제공합니다 4,5,6. 다양한 유형의 MOF-on-MOF 중에서, 하나의 MOF가 다른 MOF를 둘러싸는 코어-쉘 구조는 보다 정교한 시스템(5,6,7,8,9,10)을 설계함으로써 두 MOF의 특성을 최적화할 수 있는 장점이 있다. 코어-쉘 MOF의 많은 예가 보고되었지만, 단결정 코어-쉘 MOF는 드물고 대부분 등구조 쌍11,12,13으로부터 성공적으로 합성되었습니다. 더욱이, 비등구조적 MOF 쌍을 사용하여 구성된 단결정 코어-쉘 MOF는 잘 정합된 결정 격자(3)를 나타내는 쌍을 선택하는 데 어려움이 있기 때문에 거의 보고되지 않았다. 단결정 코어-쉘 MOF의 원활한 인터페이스를 달성하려면 두 MOF 사이의 잘 일치하는 결정 격자와 화학적 연결 지점이 중요합니다. 여기서, 화학적 접속점은 배위결합을 통해 한 MOF의 링커/메탈 노드가 제2 MOF의 메탈 노드/링커와 만나는 공간적 위치로 정의된다. 이전 보고서(14)에서는 합성을 위한 최적의 표적을 선별하기 위해 계산 알고리즘을 사용했으며, 제안된 6개의 MOF 쌍이 성공적으로 합성되었습니다.
이 논문은 완전히 다른 구성 요소와 토폴로지로 구성된 상징적인 MOF인 HKUST-1 및 MOF-5 쌍의 단결정 코어-쉘 MOF를 합성하기 위한 프로토콜을 보여줍니다. HKUST-1은 용열 반응 조건15,16에서 MOF-5보다 안정적이기 때문에 코어로 선택되었습니다. 또한, MOF-5와 HKUST-1 사이의 화학적 연결 지점이 (001) 및 (111) 평면 모두에서 잘 일치하기 때문에 각 평면이 노출되는 입방체 및 팔면체 HKUST-1 결정이 코어 MOF로 사용되었습니다. 이 프로토콜은 격자 정합을 통해 보다 다양한 코어 쉘 MOF를 합성할 수 있는 가능성을 시사합니다.

<table><tbody><tr><td>아세트산</td><td>DAEJUNG</td><td>1002-4400</td><td>HKUST-1의 합성 (프로토콜 단계 1.4 및 2.4)</td></tr><tr><td>구리(II) 질산염 헤미펜타하이드레이트</td><td>Sigma Aldrich</td><td>223395-100G</td><td>HKUST-1의 합성 (프로토콜 단계 1.1 및 2.1)</td></tr><tr><td>D2 PHASER</td><td>Bruker AXS</td><td>DOC-B88-EXS017-V3</td><td>분말 X-선 회절&nbsp;</td></tr><tr>가열 및 교반용 <td>디지털 교반 핫 플레이트</td><td>Thermo Scientific</td><td>SP131320-33Q</td><td>핫플레이트(프로토콜 단계 1.2 및 2.2)</td></tr><tr><td>Direct-Q3UV 정수 시스템</td><td>MILLIPORE</td><td>ZRQSVP030</td><td>탈이온수(프로토콜 단계 1.1 및 2.1)</td></tr><tr><td>에틸 알코올 무수, 99.9%</td><td>DAEJUNG</td><td>4023-4100</td><td>HKUST-1 합성(프로토콜 단계 1.2 및 2.2)</td></tr><tr><td>강제 대류 오븐( </td><td>JEIO TECH</td><td>EDA8136</td><td>가열 반응용 오븐(프로토콜 단계 1.5, 2.5 및 3.4)</td></tr><tr><td>N,N-디에틸포름아미드</td><td>TCI</td><td>D0506</td><td>HKUST-1@MOF-5 합성(프로토콜 단계 3.1)</td></tr><tr><td>N,N'-디메틸포름아미드</td><td>DAEJUNG</td><td>6057-4400</td><td>HKUST-1 합성(프로토콜 단계 1.1 및 2.1)</td></tr><tr><td>실체 현미경</td><td>Nikon</td><td>SMZ745T</td><td>광학 현미경&nbsp;</td></tr><tr><td>테레프탈산</td><td>시그마 알드리치</td><td>185361-500G</td><td>HKUST-1@MOF-5 합성 (프로토콜 단계 3.1)</td></tr><tr><td>트리메신산</td><td>시그마 알드리치</td><td>482749-100G</td><td>HKUST-1 합성 (프로토콜 단계 1.2 및 2.2)</td></tr><tr><td>초음파 세척기</td><td>BRANSONIC</td><td>CPX-952-338R</td><td>용해 용액용 수조가 있는 초음파 발생기(프로토콜 단계 3.1)</td></tr><tr><td>질산아연 육수화물</td><td>시그마 알드리치</td><td>228737-100G</td><td>HKUST-1@MOF-5 합성(프로토콜 단계 3.1)</td></tr></tbody></table>

synthesis of single-crystalline core-shell metal-organic frameworks

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

설계 가능성과 전례 없는 시너지 효과로 인해 최근 코어-쉘 금속-유기 프레임워크(MOF)가 활발히 검토되고 있습니다. 그러나 단결정 코어-쉘 MOF의 합성은 매우 까다롭기 때문에 제한된 수의 예가 보고되었습니다. 여기서는 MOF-5의 중심에 있는 HKUST-1인 단결정 HKUST-1@MOF-5 코어-쉘을 합성하는 방법을 제안한다. 계산 알고리즘을 통해 이 MOF 쌍은 인터페이스에서 일치하는 격자 매개변수와 화학적 연결 지점을 가질 것으로 예측되었습니다. 코어-쉘 구조를 구성하기 위해 팔면체 및 입방체 모양의 HKUST-1 결정을 각각 (111) 및 (001) 패싯이 주로 노출된 코어 MOF로 준비했습니다. 순차 반응을 통해 MOF-5 쉘은 노출된 표면에서 잘 성장하여 이음매 없는 연결 인터페이스를 보여 단결정 HKUST-1@MOF-5의 성공적인 합성을 가능하게 했습니다. 순수한 상 형성은 광학 현미경 이미지와 분말 X선 회절(PXRD) 패턴에 의해 입증되었습니다. 이 방법은 다양한 종류의 MOF를 사용한 단결정 코어-쉘 합성의 잠재력과 통찰력을 제공합니다.

HKUST-1@MOF-5 코어-쉘 시스템(14)의 계산된 두 구조에 따르면, (001) 및 (111) 평면 모두에서, HKUST-1의 금속 노드로부터의 Cu 부위와 MOF-5의 카르복실레이트로부터의 산소 부위는 두 MOF 사이의 계면에서 화학적 연결 지점으로서 잘 일치한다(그림 1). 따라서 (001) 및 (111) 평면이 각각 노출된 HKUST-1의 입방체 및 팔면체 결정은 코어-쉘 합성을 위한 코어 MOF로 합성되었습니다(그림 2). 광학 현미경 이미지는 합성된 HKUST-1 결정이 각각 입방체 및 팔면체 모양으로 크기가 ~300μm 및 ~150μm임을 보여주었습니다.
HKUST-1@MOF-5 합성은 유리병에서 수행되었으며, 잘 분산된 HKUST-1 코어는 성공적인 코어-쉘 합성을 위해 MOF-5 전구체와 반응했습니다(<stro...

여기에서는 잘 일치하는 결정 격자를 가진 비등구조 금속-유기 프레임워크(MOF) 쌍인 HKUST-1 및 MOF-5를 사용하여 단결정 코어-쉘의 2단계 합성을 위한 프로토콜을 시연합니다.

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

당사의 프로토콜은 다양한 격자 정합, 코어 쉘 MOF를 합성할 수 있는 가능성을 제시하며 여러 쌍으로 확장할 수 있습니다. 비등구조적 MOF 쌍은 용매 반응에 의해 이음매 없는 인터페이스를 가진 단결정질 코어-쉘 MOF에 통합될 수 있습니다. 다양한 친환경과 함께 MOF를 사용하여 효율적인 가스 분리 또는 촉매 응용을 위한 코어 쉘 재료를 설계하고 합성할 수 있습니다.먼저 4.72g의 질산구리 반수화물을 100밀리리터 삼각 플라스크에 넣고 60밀리리터의 탈이온수와 DMF 혼합물에 녹입니다. 플라스크를 수동으로 휘젓습니다. 이 용액 6ml를 20ml의 바이알에 넣습니다.다음으로, 1.76 그램의 1, 3, 5- 벤젠 트리 카르 복실 산과 22 밀리리터의 에탄올을 50 밀리리터의 삼각 플라스크에 넣고 용액을 섭씨 90 도에서 용해 될 때까지 가열 된 핫 플레이트에서 저어줍니다. 이 용액 2.2 밀리리터를 이전에 준비한 용액이 들어있는 바이알에 넣고 즉시 12 밀리리터의 아세트산을 첨가하십시오. 바이알의 뚜껑을 닫고 섭씨 55도로 가열된 컨벡션 오븐에 60시간 동안 넣습니다.모주를 디캔팅합니다. 먼저 스포이드를 사용하여 바이알에 신선한 에탄올을 첨가한 다음 제거하여 결정을 세척합니다. 크리스탈을 두 번 더 씻으십시오.코어-쉘 합성의 경우 HKUST-1의 입방 결정을 N, N-디에틸포름아미드 또는 DEF 용매로 가득 찬 20밀리리터 바이알에 보관합니다. 0.760 밀리리터 바이알에 질산 아연 육수화물 10g과 20 밀리리터의 DEF를 넣고 초음파 발생기를 사용하여 녹입니다. 마찬가지로 0.132밀리리터 바이알에 10밀리리터의 DEF에 테레프탈산 20g을 녹입니다.두 용액의 총 부피를 35밀리리터 유리병에 섞습니다. 여과된 HKUST-1 결정의 무게를 빠르게 측정하고 혼합 용액이 들어 있는 유리병에 넣습니다. 실리콘 캡으로 항아리를 단단히 밀봉하십시오.HKUST-1 결정을 유리병 바닥에 잘 펴 바른 후 병을 컨벡션 오븐에 넣고 섭씨 85도에서 36시간 동안 가열합니다. 모액을 디캔팅하고 먼저 항아리에 신선한 DEF를 추가한 다음 DEF를 제거하여 결과 결정을 씻습니다.용매 교환을 위해 HKUST-1@MOF-5가 들어 있는 바이알에서 저장 용매와 DEF를 버리고 바이알에 디클로로메탄을 추가합니다. 효과적인 교환을 위해 수동으로 흔들고 디클로로메탄 용매를 4시간마다 3-4회 교체합니다. 001 및 111 평면에서 HKUST-1@MOF-5 시스템의 계산 구조 모델이 여기에 나와 있습니다.이 그림에는 입방체형 HKUST-1, 팔면체형 HKUST-1, 입방체 및 팔면체형 HKUST-1@MOF-5 코어 쉘의 광학 현미경 이미지가 나와 있습니다. HKUST-1 크리스탈은 무색 MOF-5 크리스탈의 중앙에 위치하며, 코어-쉘 구조를 제공하는 이음매 없는 인터페이스를 갖추고 있습니다. 디에틸포름아미드 및 디클로로메탄의 HKUST-1@MOF-5 사진과 입방체 및 팔면체 모양의 HKUST-1을 사용한 코어-쉘 MOF의 해당 광학 이미지가 여기에 표시됩니다.이미지는 입방체 및 팔면체 모양의 HKUST-1을 가진 HKUST-1, HKUST-1@MOF-5의 PXRD 패턴과 HKUST-1 및 MOF-5의 시뮬레이션 패턴을 나타냅니다. 이러한 PXRD 측정은 코어-쉘 결정의 위상 순도를 입증했습니다. 단일 성장 코어 쉘 MOF를 합성하는 데 코어 MOF의 발현이 중요한 대류 오븐에 유리병을 넣습니다.PCN-68@MOF-5, UiO-66@MIL-88B 등은 이 절차에 따라 합성할 수 있으며, 이는 다른 코어-쉘 쌍으로 확장할 수 있음을 의미합니다. 이 기술은 특정 응용 분야의 성능을 향상시키기 위해 코어 쉘 MOF를 설계하고 합성하는 체계적인 경로를 제공할 수 있습니다.

synthesis-of-single-crystalline-core-shell-metal-organic-frameworks

Research

연구

JoVE Journal

Chemistry

화학

의도적으로 설계 금속 - 유기 골격 물질의 합성, 활성화 및 특성은 빌딩 블록 (building block)이 호환되지 않거나 원치 않는 형체가 열역학적으로 원하는 형태를 통해 선호하는 아르 특히, 도전이다. 우리는 초 임계 CO 2 건조를 통해 모세 혈관 및 활성화 용매를 이용한 링커 교환, 분말 X-선 회절의 응용 프로그램은 이러한 문제의 일부를 해결할 수있는 방법에 대해 설명합니다.

기능화의 합성 및 특성 금속 - 유기 프레임 워크

높은 표면적의 미세 다공성 배위 폴리머로 내부적으로 코팅된 거대 다공성 고분자 모놀리식으로 구성된 다공성 하이브리드 분리 매체의 준비 절차가 제시됩니다.

포스 포의 향상된 농축을위한 거대 다공성 고분자 모노리스에 다공성 조정 폴리머 코팅의 제조

트랜스페룰산의 바닐린으로의 전환은 이종 촉매에 의해 이루어졌습니다. 이 합성에는 HKUST-1이 사용되었으며 촉매 공정의 필수 단계는 불포화 금속 부위를 생성하는 것이었습니다. 따라서, 촉매가 진공 상태에서 활성화되었을 때, 완전한 바닐린 전환(수율 95%)이 얻어졌다.

HKUST 바닐린-1의 합성에 대해 불균일 촉매로서

우리는 공유 유기 골격 (COFs)의 합성을위한 새로운 미세 유체 기반 방법을 제시한다. 우리는이 접근법이 연속 COF 섬유를 생산하는 데 어떻게 사용되는지, 그리고 표면에 2D 또는 3D COF 구조가 어떻게 사용되는지를 보여줍니다.

Microfluidic 기반 CODMs의 합성 : COF 섬유의 지속적인 생산과 표면의 직접 인쇄를위한 도구

여기, 우리 thiols의 한 냄비, 전환-금속-무료 합성을 제시 하 고 향기로운 할로겐, 나트륨 thiomethoxide, 뒤에 thiol 종을 사용 하 여 금속 dithiolene 네트워크의 단일 결정의 준비에서 thioesters 생성 에서 해 라 더 안정적이 고 그러므로 thioester에서.

반도체 Gyroidal 금속-황 프레임 워크의 결정 화에 대 한 Thiol 빌딩 블록의 합성

간단 하 고, 재현성, 다양 한 다공성의 수정 되지 않은 넓은 범위에 intergrown, 다 결정 금속-유기 프레임 워크 세포 막의 합성에 대 한 접근 및 비 다공성 제공 됩니다.

Ultrathin 높은 성능 금속-유기 프레임 워크 막의 전기 이동 화

여기에서는 공기가 없는 조건에서 저가 금속 및 다중 주제 포스핀 링커로부터 저가 금속-유기 프레임워크(LVMOF)를 합성하기 위한 프로토콜을 설명합니다. 생성된 물질은 저가 금속계 균질 촉매의 불균일 촉매 모방체로서 잠재적인 응용을 갖는다.

Multitopic Phosphine Linkers로부터 저가 금속-유기 프레임워크의 합성을 위한 실험적 접근법

새로운 금속-유기 프레임워크(MOF)의 표적 합성은 어렵고 그 발견은 화학자의 지식과 창의성에 달려 있습니다. 고처리량 분석법을 사용하면 복잡한 합성 파라미터 필드를 빠르고 효율적으로 탐색할 수 있어 결정질 화합물을 찾고 합성 및 구조적 추세를 식별하는 프로세스를 가속화할 수 있습니다.

고처리량 방법을 사용한 isoreticular al(III) phosphonate 기반 금속-유기 프레임워크 화합물의 발견 및 합성 최적화

합성 후 리간드 교환(PSE)은 금속-유기 프레임워크(MOF)에 작용기를 설치하기 위한 다재다능하고 강력한 도구입니다. 트리아졸 및 테트라졸 기능화 리간드를 함유하는 용액에 MOF를 노출시키면 PSE 공정을 통해 이러한 헤테로사이클릭 모이어티를 Zr-MOF에 통합할 수 있습니다.

합성 후 리간드 교환을 통한 트리아졸 및 테트라졸 기능화 Zr 기반 금속-유기 프레임워크의 합성

자체 조립된 금속-유기 프레임워크 단층의 합성 및 특성화를 위한 프로토콜은 고분자 접목, 금속-유기 프레임워크(MOF) 결정을 사용하여 제공됩니다. 이 절차는 고분자 접목된 MOF 입자가 주사 전자 현미경 이미징으로 입증된 바와 같이 잘 형성된 독립적인 단층 구조를 생성하여 공기-물 계면에서 자체 조립될 수 있음을 보여줍니다.

Synthesis and Characterization of Self-Assembled Metal-Organic Framework Monolayers Using Polymer-coated Particles(고분자 코팅 입자를 사용한 자체 조립된 금속-유기 프레임워크 단층의 합성 및 특성 분석)

학습하세요 HKUST-1과 MOF-5를 이용한 단결정 코어-셸 금속-유기 골격체 합성법을. 용매열 반응을 통해 비동형 구조의 MOF 쌍을 원활한 계면으로 통합하여 기체 분리 및 촉매에 활용할 수 있는 재료를 설계합니다.

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

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