Metall-orgaaniliste raamistike (MOF) ultraheli ettevalmistamine

• Metall-orgaanilised raamistikud on ühendid, mis on moodustatud metalliioonidest ja orgaanilistest molekulidest, nii et luuakse ühe-, kahe- või kolmemõõtmeline hübriidmaterjal. Need hübriidstruktuurid võivad olla poorsed või mittepoorsed ja pakkuda mitmesuguseid funktsioone.
• MOFide sonokkeemiline süntees on paljutõotav meetod, kuna metall-orgaanilisi kristalle toodetakse väga tõhusalt ja keskkonnasõbralikult.
• MOFide ultraheli tootmist saab lineaarselt suurendada alates väikeste proovide ettevalmistamisest laboris kuni täieliku kaubandusliku tootmiseni.

metall-orgaanilised raamistikud

Kristalsed metall-orgaanilised raamistikud (MOF) kuuluvad suure potentsiaaliga poorsete materjalide kategooriasse, mida saab kasutada gaasi hoiustamisel, adsorptsioonil / eraldamisel, katalüüsil, adsorbentidena, magnetismis, andurite projekteerimisel ja ravimite manustamisel. MOF-id moodustuvad tavaliselt iseseisvumise teel, kus sekundaarsed hooneüksused (SBU-d) ühendatakse orgaaniliste vaheseintega (ligandid), et luua keerukaid võrke. Orgaanilisi vahetükke või metallist SBU-sid saab modifitseerida, et kontrollida MOF-i poorsust, mis on ülioluline selle funktsioonide ja kasulikkuse osas konkreetsete rakenduste jaoks.

MOFide sonokeemiline süntees

Ultraheli kiiritus ja seeläbi tekkiv kavitatsioon on tuntud oma ainulaadse mõju poolest keemilistele reaktsioonidele, mida nimetatakse sonokeemiaks. Kavitatsioonimullide vägivaldne implosioon tekitab lokaalseid kuumasid kohti, mille temperatuurid (5000 K), rõhud (1800 atm) ja jahutuskiirused (10¹⁰Ks^-1), samuti lööklaineid ja sellest tulenevaid vedelikujugasid. Nendes kavitatsioonilistes kuumades kohtades kutsutakse esile ja soodustatakse kristallide teket ja kasvu, nt Ostwaldi küpsemise teel. Osakeste suurus on siiski piiratud, kuna neid kuumasid kohti iseloomustavad äärmuslikud jahutuskiirused, mis tähendab, et reaktsioonikeskkonna temperatuur langeb millisekundite jooksul.
On teada, et ultraheli sünteesib MOF-e kiiresti kergetes protsessitingimustes, näiteks lahustivabalt, toatemperatuuril ja ümbritseva õhu rõhu all. Uuringud on näidanud, et MOFe saab toota kulutõhusalt ja suure saagisega sonokeemilise tee kaudu. Lõpuks on MOFide sonokeemiline süntees keskkonnahoidlik ja keskkonnasõbralik meetod.

MOF-5 ettevalmistamine

Uuringus Wang et al (2011), Zn₄O[1,4-benseendikarboksülaat]₃ sünteesiti sonokeemilisel teel. 1,36 g H₂BDC ja 4.84g Zn(NO₃)₂·6H₂O lahustati iniliaalselt 160 ml DMF-is. Seejärel lisati ultraheli kiiritamisel segule 6,43 g TEA. 2 tunni pärast koguti värvitu sade filtreerimise teel ja pesti DMF-iga. Tahke aine kuivatati vaakumis 90 °C juures ja säilitati seejärel vaakumeksikaatoris.

Mikropoorse MOF Cu valmistamine₃(kinnitamisel)₂

(2009) teatavad kolmemõõtmelise (3-D) metall-orgaanilise raamistiku (MOF) tõhusast ultraheli sünteesist 3-D kanalitega, näiteks Cu₃(kinnitamisel)₂ (HKUST-1, BTC = benseen-1,3,5-trikarboksülaat). Val(II)atsetaadi ja H reaktsioon₃BTC N, dimetüülformamiidi (N, EtOH/H) segalahuses₂O (3:1:2, v/v) ultraheli kiiritusel ümbritseva õhu temperatuur ja atmosfäärirõhk eest lühikesed reaktsiooniajad (5–60 min) andis Cu₃(kinnitamisel)₂ Aastal kõrge saagikus (62.6–85.1%). Need Cu₃(kinnitamisel)₂ Nanokristallide mõõtmed on vahemikus 10–200 nm, mis on palju Väiksem kui need, mis on sünteesitud tavapärase solvotermilise meetodi abil. Cu vahel ei olnud olulisi erinevusi füüsikalis-keemilistes omadustes, nt BET pindala, pooride maht ja vesiniku ladustamismaht,₃(kinnitamisel)₂ nanokristallid, mis on valmistatud ultraheli meetodil ja mikrokristallid, mis on saadud täiustatud solvotermilise meetodi abil. Võrreldes traditsiooniliste sünteetiliste tehnikatega, nagu lahusti difusioonitehnika, hüdrotermilised ja solvotermilised meetodid, leiti, et ultraheli meetod poorsete MOFide ehitamiseks on väga kõrge Tõhus ja keskkonnasõbralikum.

Ühemõõtmelise Mg(II)-MOOF valmistamine

Tahmasian jt (2013) teatavad Tõhus, odavja keskkonnasõbralik viis 3D supramolekulaarse metall-orgaanilise raamistiku (MOF) saamiseks, mis põhineb MgII-l, {[Mg(HIDC)(H)₂O)₂]⋅1,5H₂O}_N (H3L = 4,5-imidasool-dikarboksüülhape) ultraheli abil manustatuna.
Nanostruktuurne {[Mg(HIDC)(H)₂O)₂]⋅1,5H₂O}_N sünteesiti järgmise sonokeemilise meetodi abil. Selleks, et valmistada nanosuuruses {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1,5H₂O}n (1), 20 ml ligandi H lahust₃IDC (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) valitud ribad: 3383 (w), 3190 (w), 1607 (br), 1500 (m), 1390 (s), 1242 (m), 820 (m), 652 (m)).
Esialgsete reaktiivide kontsentratsiooni mõju uurimiseks nanostruktuurse ühendi suurusele ja morfoloogiale viidi ülaltoodud protsessid läbi algsete reaktiivide järgmistel kontsentratsioonitingimustel: [HL2−] = [Mg2+] = 0,025 M.

Fluorestseeruvate mikropoorsete MOFide sonosüntees

Qiu et al. (2008) leidsid sonokeemilise tee fluorestseeruva mikropoorsete MOF-i, Zn₃(kinnitamisel)₂⋅12H₂O (1) ja organoamiinide selektiivne tuvastamine, kasutades nanokristalle 1. Tulemused näitavad, et ultrahelisüntees on lihtne, tõhus, odav ja keskkonnasõbralik lähenemisviis nanoskaalaliste MOFide loomiseks.
MOF 1 sünteesiti ultraheli meetodil ümbritseva õhu temperatuuril ja atmosfäärirõhul erinevatel reaktsiooniaegadel (vastavalt 5, 10, 30 ja 90 minutit). Samuti viidi läbi kontrollkatset, et sünteesida ühendit 1 hüdrotermilise meetodi abil, ning struktuurid kinnitati IR, elementanalüüsi ja Rietveldi analüüsiga pulbri röntgendifraktsiooni (XRD) mustritest, kasutades WinPLOTR ja Fullprof¹³. Üllataval kombel on tsinkatsetaatdihüdraadi reaktsioon benseen-1,3,5-trikarboksüülhappega (H₃BTC) 20 % etanooli ja vee (v/v) vahel 5 min ultraheli kiirguse all ümbritseva õhu temperatuuril ja rõhul andis 1 märkimisväärselt suure saagisega (75,3 %, H₃BTC). Samuti suurenes 1 saagis järk-järgult 78,2%-lt 85,3%-le, kui reaktsiooniaega suurendati 10 minutilt 90 minutini. See tulemus viitab sellele, et MOF-i kiiret sünteesi saab teostada märkimisväärselt suure saagisega, kasutades sonikatsiooni. Võrreldes sama ühendi MOF 1 hüdrotermilise sünteesiga, mis viiakse läbi 140 °C juures kõrgel rõhul 24 tunni jooksul, leitakse, et ultrahelisüntees on väga tõhus meetod, millel on suur saagis ja madalad kulud.
Kuna tsinkatsetaadi ja H3BTC segamisel samas reaktsioonikeskkonnas ümbritseva õhu temperatuuril ja rõhul ultraheli puudumisel ei saadud ühtegi toodet, võib järeldada, et sonikatsioonil on oluline roll MOF 1 moodustumisel.
 

Supramolekulaarsete struktuuride lihtne süntees sonikatsiooni abil – Loe lähemalt!

Leidke oma protsessi jaoks parimad sonokeemilised seadmed!

Hielscher Ultrasonicsil on pikaajaline kogemus võimsate ja usaldusväärsete ultrasonikaatorite ja sonokeemiliste reaktorite projekteerimisel ja tootmisel. Hielscher katab teie rakendusnõuded laia valiku ultraheli seadmetega – väikestest Laboriseadmed üle Pink-Top ja piloot ultrasonikaatorid kuni täis-Tööstuslikud süsteemid sonokeemilise tootmise jaoks kaubanduslikus mastaabis. Suur valik sonotroode, boostereid, reaktoreid, voolukambrite, mürasummutuskarpide ja tarvikute abil saab konfigureerida teie sonokeemilise reaktsiooni jaoks optimaalse seadistuse. Hielscheri sonikaatorid on väga vastupidavad, ehitatud 24/7 tööks ja vajavad väga vähe hooldust.