Ултразвукова подготовка на металорганични рамки (MOF)

• Метало-органичните рамки са съединения, образувани от метални йони и органични молекули, така че да се създаде едно-, дву- или триизмерен хибриден материал. Тези хибридни структури могат да бъдат порести или непорести и предлагат разнообразни функционалности.
• Сонохимичният синтез на MOF е обещаваща техника, тъй като металоорганичните кристали се произвеждат много ефективно и екологично.
• Ултразвуковото производство на MOF може да бъде линейно увеличено от подготовката на малки проби в лабораторията до пълното търговско производство.

метало-органични рамки

Кристалните металорганични рамки (MOF) попадат в категорията на порести материали с висок потенциал, които могат да се използват за съхранение на газ, адсорбция/разделяне, катализа, като адсорбенти, в магнетизма, проектирането на сензори и доставката на лекарства. MOF обикновено се формират чрез самосглобяване, при което вторичните строителни единици (SBU) се свързват с органични дистанционни елементи (лиганди), за да създадат сложни мрежи. Органичните дистанционери или металните SBU могат да бъдат модифицирани, за да се контролира порьозността на MOF, което е от решаващо значение по отношение на неговите функционалности и полезността му за конкретни приложения.

Сонохимичен синтез на MOF

Ултразвуковото облъчване и генерираната от него кавитация са добре познати с уникалните си ефекти върху химичните реакции, известни като сонохимия. Силната имплозия на кавитационните мехурчета генерира локални горещи точки с изключително високи преходни температури (5000 K), налягания (1800 atm) и скорости на охлаждане (10¹⁰Кс^-1), както и ударни вълни и произтичащи от тях течни струи. В тези кавитационни горещи точки се индуцира и насърчава зараждането и растежа на кристали, например чрез узряване на Оствалд. Размерът на частиците обаче е ограничен, тъй като тези горещи точки се характеризират с екстремни скорости на охлаждане, което означава, че температурата на реакционната среда пада в рамките на милисекунди.
Известно е, че ултразвукът синтезира бързо MOFs при леки условия на процеса, като например без разтворител, при стайна температура и при околно налягане. Проучванията показват, че MOFs могат да се произвеждат рентабилно при висок добив по сонохимичен път. И накрая, сонохимичният синтез на MOFs е екологичен и щадящ околната среда метод.

Приготвяне на MOF-5

В проучването на Wang et al (2011), Zn₄O[1,4-бензендикарбоксилат]₃ е синтезиран по сонохимичен път. 1,36 g H₂BDC и 4.84g Zn(NO₃)₂·6Ч₂o бяха инициално разтворени в 160 ml DMF. След това към сместа се добавят 6,43 g TEA при ултразвуково облъчване. След 2 часа безцветната утайка се събира чрез филтрация и се измива с ДМФ. Твърдото вещество се суши при 90°C във вакуум и след това се съхранява във вакуумен ексикатор.

Приготвяне на микропорест MOF Cu₃(БТК)₂

Li et al. (2009) съобщават за ефективен ултразвуков синтез на триизмерна (3-D) метал-органична рамка (MOF) с 3-D канали, като Cu₃(БТК)₂ (HKUST-1, BTC = бензен-1,3,5-трикарбоксилат). Реакцията на меден ацетат и Н₃BTC в смесен разтвор на DMF/EtOH/H₂O (3:1:2, v/v) при ултразвуково облъчване при Температура на околната среда и атмосферно налягане за кратко време за реакция (5–60 мин) дава Ку₃(БТК)₂ В висок добив (62.6–85.1%). Тези Cu₃(БТК)₂ нанокристалите имат размери от 10–200 nm, които са много Малки от тези, синтезирани по конвенционален солвотермален метод. Няма значителни разлики във физикохимичните свойства, например площта на BET, обема на порите и капацитета за съхранение на водород между Cu₃(БТК)₂ нанокристали, получени по ултразвуков метод, и микрокристалите, получени чрез подобрен солвотермален метод. В сравнение с традиционните синтетични техники, като техника на дифузия с разтворител, хидротермални и солвотермални методи, ултразвуковият метод за изграждане на порести MOF е силно Ефикасен и по-екологично.

Приготвяне на едномерен Mg(II) MOF

Tahmasian et al. (2013) съобщават за Ефикасен, ниска ценаи екологично чист за създаване на 3D супрамолекулярна металорганична рамка (MOF) на базата на MgII, {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1.5H₂O}_N (H3L = 4,5-имидазол-дикарбоксилна киселина) чрез използване на ултразвуков асистиран път.
Наноструктурирани {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1.5H₂O}_N е синтезиран по следния сонохимичен път. За приготвяне на наноразмерни {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H₂O}n (1), 20 ml разтвор на лиганда H₃IDC (0.05M) and potassium hydroxide (0.1 M) was positioned a high-density ultrasonic probe with a maximum power output of 305 W. Into this solution 20 mL of an aqueous solution of magnesium nitrate (0.05M) was added dropwise. The obtained precipitates were filtered off, washed with water andethanol, and air-dried (m.p.> 300ºC. (Found: C, 24.84; H, 3.22; N, 11.67%.). IR (cm^-1) Избрани ленти: 3383 (W), 3190 (W), 1607 (BR), 1500 (m), 1390 (s), 1242 (m), 820 (m), 652 (m)).
За изследване на ефекта на концентрацията на първоначалните реагенти върху размера и морфологията на наноструктурираното съединение, горните процеси са извършени при следното условие за концентрация на изходните реагенти: [HL2−] = [Mg2+] = 0,025 M.

Соно-синтез на флуоресцентни микропорести MOF

Qiu et al. (2008) откриват сонохимичен път за бърз синтез на флуоресцентни микропорести MOF, Zn₃(БТК)₂⋅12 часа₂O (1) и селективно отчитане на органоамини с помощта на нанокристали на 1. Резултатите показват, че ултразвуковият синтез е прост, ефективен, евтин и екологичен подход за създаване на наноразмерни MOFs.
MOF 1 е синтезиран по ултразвуков метод при температура на околната среда и атмосферно налягане за различни времена на реакция, съответно 5, 10, 30 и 90 минути. Беше проведен и контролен експеримент за синтез на съединение 1 по хидротермален метод, а структурите бяха потвърдени чрез инфрачервен, елементен анализ и Ритвелдов анализ на прахови рентгенови дифракционни (XRD) модели с помощта на WinPLOTR и Fullprof¹³. Изненадващо, реакцията на цинков ацетат дихидрат с бензен-1,3,5-трикарбоксилна киселина (Н₃БТК) в 20% етанол във вода (v/v) под ултразвуково облъчване при стайна температура и налягане за 5 min дава 1 с изключително висок добив (75,3%, на базата на H₃BTC). Също така добивът на 1 се увеличава постепенно от 78,2 % до 85,3 % с увеличаване на реакционното време от 10 до 90 мин. Този резултат показва, че бързият синтез на MOF може да се осъществи със значително висок добив, като се използва сониране. В сравнение с хидротермалния синтез на същото съединение MOF 1, който се извършва при 140 °С и високо налягане в продължение на 24 h, се установява, че ултразвуковият синтез е високоефективен метод с висок добив и ниска цена.
Тъй като при смесването на цинков ацетат с H3BTC в същата реакционна среда при стайна температура и налягане в отсъствието на ултразвук не е получен никакъв продукт, може да се заключи, че сонирането играе важна роля по време на образуването на MOF 1.
 

Лесен синтез на надмолекулни структури чрез сониране – Прочетете още!

Намерете най-доброто сонохимично оборудване за вашия процес!

Hielscher Ultrasonics има дългогодишен опит в проектирането и производството на мощни и надеждни ултразвукови уреди и сонохимични реактори. Hielscher отговаря на вашите изисквания за приложение с широката си гама от ултразвукови устройства – от малки лабораторни устройства над пейка-плот и летец ултразвукови апарати до пълни-Индустриални системи за сонохимично производство в търговски мащаб. Голямото разнообразие от сонотроди, усилватели, реактори, поточни клетки, шумопотискащи кутии и аксесоари позволява да се конфигурира оптималната настройка за вашата сонохимична реакция. Соникаторите на Hielscher са много здрави, създадени за работа 24 часа в денонощието, 7 дни в седмицата и се нуждаят от много малка поддръжка.