Preparación por ultrasonidos de materiales metal-orgánicos (MOFs)

  • Las estructuras metalorgánicas son compuestos formados a partir de iones metálicos y moléculas orgánicas de manera que se crea un material híbrido unidimensional, bidimensional o tridimensional. Estas estructuras híbridas pueden ser porosas o no porosas y ofrecer múltiples funcionalidades.
  • La síntesis sonoquímica de MOFs es una técnica prometedora ya que los cristales metal-orgánicos se producen de forma muy eficiente y respetuosa con el medio ambiente.
  • La producción ultrasónica de MOF puede escalarse linealmente desde la preparación de pequeñas muestras en el laboratorio hasta la producción comercial completa.

marcos metal-orgánicos

Los marcos metalorgánicos cristalinos (MOF) pertenecen a la categoría de materiales porosos de alto potencial, que pueden utilizarse en el almacenamiento de gases, la adsorción/separación, la catálisis, como adsorbentes, en magnetismo, el diseño de sensores y la administración de fármacos. Los MOF suelen formarse por autoensamblaje, en el que las unidades de construcción secundarias (SBU) se conectan con espaciadores orgánicos (ligandos) para crear redes complejas. Los espaciadores orgánicos o las SBU metálicas pueden modificarse para controlar la porosidad del MOF, que es crucial para sus funcionalidades y su utilidad en aplicaciones concretas.

Síntesis sonoquímica de MOFs

La irradiación ultrasónica y la consiguiente generación de cavitación son bien conocidos por sus efectos únicos en las reacciones químicas, conocidos como Sonoquímica. La implosión violenta de las burbujas de cavitación genera puntos calientes localizados con temperaturas transitorias extremadamente altas (5000 K), presiones (1800 atm) y velocidades de enfriamiento (1010Ks-1), así como las ondas de choque y los chorros de líquido resultantes. En estos cavitacional puntos calientes, se induce y promueve la nucleación y el crecimiento de cristales, por ejemplo, mediante la maduración de Ostwald. Sin embargo, el tamaño de las partículas es limitado, ya que esos puntos calientes se caracterizan por velocidades de enfriamiento extremas, lo que significa que la temperatura del medio de reacción desciende en milisegundos.
Se sabe que los ultrasonidos sintetizan MOFs rápidamente en suave condiciones del proceso, como Sin disolventes, en temperatura ambiente y bajo presión ambiental. Los estudios han demostrado que los MOF pueden producirse de forma rentable En high yield por vía sonoquímica. Por último, el procesos sonoquímicos síntesis de MOFs es un greenmétodo respetuoso con el medio ambiente.

Preparación del MOF-5

En el estudio de Wang et al (2011), el Zn4O[1,4-bencenodicarboxilato].3 se sintetizó mediante procesos sonoquímicos ruta. 1,36g H2BDC y 4,84 g de Zn(NO3)2-6H2O se disolvieron inilialmente en 160mL de DMF. A continuación, se añadieron 6,43 g de TEA a la mezcla bajo irradiación ultrasónica. Después de 2 h, el precipitado incoloro se recogió por filtración y se lavó con DMF. El sólido se secó a 90°C en vacío y luego se almacenó en un desecador de vacío.

Preparación de MOF microporosos de Cu3(BTC)2

Li et al. (2009) informan de la síntesis ultrasónica eficiente de marcos metal-orgánicos (MOF) tridimensionales (3-D) con canales 3-D, como Cu3(BTC)2 (HKUST-1, BTC = benceno-1,3,5-tricarboxilato). La reacción de acetato cúprico y H3BTC en una solución mixta de DMF/EtOH/H2O (3:1:2, v/v) bajo irradiación ultrasónica a temperatura ambiente y presión atmosférica por tiempos de reacción cortos (5-60 min) dio Cu3(BTC)2 En high yield (62.6-85.1%). Estas concentraciones de Cu3(BTC)2 nano-cristales tienen dimensiones de un rango de tamaño de 10-200 nm, que son mucho más pequeño que los sintetizados mediante el método solvotérmico convencional. No se observaron diferencias significativas en las propiedades fisicoquímicas, como el área superficial BET, el volumen de poros y la capacidad de almacenamiento de hidrógeno, entre los materiales de Cu3(BTC)2 nanocristales preparados mediante el método ultrasónico y los microcristales obtenidos mediante el método solvotérmico mejorado. En comparación con las técnicas de síntesis tradicionales, como la técnica de difusión de disolventes y los métodos hidrotérmico y solvotérmico, el método ultrasónico para la construcción de MOFs porosos resultó ser altamente Eficaz y más respetuoso con el medio ambiente.

Preparación de un MOF unidimensional de Mg(II)

Tahmasian et al. (2013) informan de un Eficaz, Bajo costey Respetuoso con el medio ambiente para producir un marco metalorgánico (MOF) supramolecular 3D basado en MgII, {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H2O}N (H3L = ácido 4,5-imidazol-dicarboxílico) por vía ultrasónica.
Nanoestructurado {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H2O}N se sintetizó de la siguiente manera procesos sonoquímicos ruta. Para preparar {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1,5H2O}n (1), 20 mL de una solución del ligando 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) bandas seleccionadas: 3383 (w), 3190 (w), 1607 (br), 1500 (m), 1390 (s), 1242 (m), 820 (m), 652 (m)).
Para estudiar el efecto de la concentración de reactivos iniciales sobre el tamaño y la morfología del compuesto nanoestructurado, los procesos anteriores se realizaron bajo la siguiente condición de concentración de reactivos iniciales: [HL2-] = [Mg2+] = 0,025 M.

Sono-síntesis de MOFs microporosos fluorescentes

Qiu et al. (2008) encontraron una procesos sonoquímicos para la síntesis rápida de MOF microporosos fluorescentes, Zn3(BTC)2⋅12H2O (1) y detección selectiva de organoaminas utilizando nanocristales de 1. Los resultados revelan que el ultrasonido síntesis es un método sencillo, eficaz, de bajo coste y respetuoso con el medio ambiente para obtener MOF a nanoescala.
El MOF 1 se sintetizó utilizando el método ultrasónico a un ambiente temperatura y atmosférico para diferentes tiempos de reacción de 5, 10, 30 y 90 min, respectivamente. También se llevó a cabo un experimento de control para sintetizar el compuesto 1 utilizando el método hidrotermal, y las estructuras se confirmaron mediante IR, análisis elemental y análisis de Rietveld de los patrones de difracción de rayos X (DRX) en polvo utilizando WinPLOTR y Fullprof13. Sorprendentemente, la reacción de acetato de zinc dihidratado con ácido benceno-1,3,5-tricarboxílico (H3BTC) en 20% de etanol en agua (v/v) bajo irradiación ultrasónica a temperatura y presión ambiente durante 5 min dio 1 en un notable high yield (75,3%, basado en H3BTC). Además, el rendimiento de 1 aumentó gradualmente del 78,2% al 85,3% al aumentar el tiempo de reacción de 10 a 90 min. Este resultado sugiere que síntesis rápida de MOF puede realizarse en un high yield utilizando el método ultrasónico. En comparación con la síntesis hidrotérmica del mismo compuesto MOF 1, que se lleva a cabo a 140°C a alta presión durante 24 h,12 la síntesis por ultrasonidos resulta ser un método muy eficiente con un alto rendimiento y Bajo coste.
Puesto que no se obtuvo ningún producto mezclando acetato de cinc con H3BTC en el mismo medio de reacción a temperatura y presión ambiente en ausencia de ultrasonidos, Sonicación debe jugar un importante durante la formación del MOF 1.

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Las estructuras metal-orgánicas (MOF) pueden formarse bajo irradiación ultrasónica (¡Haga clic para ampliar!)

Las estructuras metalorgánicas pueden sintetizarse eficazmente por vía sonoquímica

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UIP1000hd utilizado para la síntesis sonoquímica de MOF-5 (¡Haga clic para ampliar!)

Ultrasonicador UIP1000hd con reactor sonoquímico

Literatura/Referencias

  • Dey, Chandan; Kundu,Tanay; Biswal, Bishnu P.; Mallick, Arijit; Banerjee, Rahul (2014): Marcos metalorgánicos cristalinos (MOF): síntesis, estructura y función. Acta Crystallographica Sección B 70, 2014. 3-10.
  • Hashemi, Lida; Morsali, Ali; Yilmaz, Veysel T.; Büyükgüngor, Orhan; Khavasi, Hamid Reza; Ashouri, Fatemeh; Bagherzadeh, Mojtaba (2014): Síntesis sonoquímica de dos marcos metalorgánicos de plomo(II) de tamaño nanométrico; aplicación a la catálisis y preparación de nanopartículas de óxido de plomo(II). Revista de Estructura Molecular 1072, 2014. 260-266.
  • Li, Zong-Qun; Qiu, Ling-Guang; Xu, Tao; Wu, Yun; Wang, Wei; Wu, Zhen-Yu; Jiang, Xia (2009): Síntesis ultrasónica del armazón metalorgánico microporoso Cu3(BTC)2 a temperatura y presión ambiente: Un método eficaz y respetuoso con el medio ambiente. Materials Letters 63/1, 2009. 78-80.
  • Qiu, Ling-Guang; Li, Zong-Qun; Wu, Yun; Wang, Wei; Xu, Tao; Jiang, Xia (2008): Síntesis fácil de nanocristales de un marco metal-orgánico microporoso mediante un método ultrasónico y detección selectiva de organoaminas. Comunicación química 2008, 3642-3644.
  • Stock, Norbert; Biswas, Syam (2012): Síntesis de estructuras metal-orgánicas (MOF): Vías para obtener diversas topologías, morfologías y compuestos de MOF. Revista Química 112/2, 2012. 933-969.
  • Suslick, Kenneth S. (ed.) (1988): Ultrasonidos: Sus efectos químicos, físicos y biológicos. VCH: Weinheim, Alemania. 1988.
  • Tahmasian, Arineh; Morsali, Ali; Joo, Sang Woo (2013): Síntesis sonoquímica de un marco metal-orgánico unidimensional de Mg(II): Un nuevo precursor para la preparación de nanoestructuras unidimensionales de MgO. Revista de Nanomateriales 2013.
  • Thompson, Joshua A.; Chapman, Karena W.; Koros, William J.; Jones, Christopher W.; Nair, Sankar (2012):Sonication-induced Ostwald ripening of ZIF-8 nanoparticles and formation of ZIF-8/polymer composite membranes. Microporous and Mesoporous Materials 158, 2012. 292-299.
  • Wang, LiPing; Xiao, Bin; Wang, GongYing; Wu, JiQian (2011): Síntesis de diol de policarbonato catalizada por el marco metal-orgánico Zn4O[CO2-C6H4-CO2]3. Ciencia China Química 54/9, 2011. 1468-1473.

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