Fém-szerves keretek (MOF-ok) ultrahangos előkészítése

• A fém-szerves keretek fémionokból és szerves molekulákból álló vegyületek, amelyek egy-, két- vagy háromdimenziós hibrid anyagot hoznak létre. Ezek a hibrid struktúrák lehetnek porózusak vagy nem porózusak, és sokféle funkciót kínálnak.
• A MOF-ok szonokémiai szintézise ígéretes technika, mivel a fém-szerves kristályok nagyon hatékonyak és környezetbarátak.
• A MOF-ok ultrahangos gyártása lineárisan skálázható a kis minták laboratóriumi előkészítésétől a teljes kereskedelmi termelésig.

fém-szerves keretek

A kristályos fém-szerves keretek (MOF-ok) a nagy potenciálú porózus anyagok kategóriájába tartoznak, amelyek gáztárolásban, adszorpcióban/elválasztásban, katalízisben, adszorbensként, mágnesességben, szenzortervezésben és gyógyszerszállításban használhatók. A MOF-okat jellemzően önszereléssel alakítják ki, ahol a másodlagos építőegységek (SBU-k) szerves távtartókkal (ligandumokkal) kapcsolódnak összetett hálózatok létrehozásához. A szerves távtartók vagy a fém SBU-k módosíthatók a MOF porozitásának szabályozása érdekében, ami döntő fontosságú a funkcionalitás és az egyes alkalmazásokhoz való hasznosság szempontjából.

MOF-ok szonokémiai szintézise

Az ultrahangos besugárzás és az ezáltal keletkező kavitáció jól ismert a kémiai reakciókra gyakorolt egyedi hatásairól, az úgynevezett szonokémiáról. A kavitációs buborékok heves implosziója lokalizált forró pontokat hoz létre rendkívül magas átmeneti hőmérsékletekkel (5000 K), nyomásokkal (1800 atm) és hűtési sebességekkel (10¹⁰Ks^-1), valamint a lökéshullámok és a keletkező folyadéksugarak. Ezeken a kavitációs forró pontokon a kristályok magképződése és növekedése, pl. Ostwald-érés révén, indukálódik és elősegíti a kristályok növekedését. A részecskeméret azonban korlátozott, mivel ezeket a forró pontokat extrém hűtési sebesség jellemzi, ami azt jelenti, hogy a reakcióközeg hőmérséklete milliszekundumokon belül lecsökken.
Az ultrahangról ismert, hogy a MOF-okat gyorsan szintetizálja enyhe folyamatok mellett, például oldószermentesen, szobahőmérsékleten és környezeti nyomáson. Tanulmányok kimutatták, hogy a MOF-ok szonokémiai úton költséghatékonyan és nagy hozammal állíthatók elő. Végül a MOF-ok szonokémiai szintézise zöld, környezetbarát módszer.

A MOF-5 elkészítése

Wang és munkatársai (2011) tanulmányában Zn₄O[1,4-benzol-dikarboxilát]₃ szonokémiai úton szintetizálták. 1,36 g H₂BDC és 4.84g Zn(NO₃)₂·6 óra₂O-t inililisen oldottuk 160 ml DMF-ben. Ezután ultrahangos besugárzás alatt 6,43 g TEA-t adtunk a keverékhez. 2 óra elteltével a színtelen csapadékot szűréssel összegyűjtöttük és DMF-fel mossuk. A szilárd anyagot vákuumban 90 °C-on szárítottuk, majd vákuumexszikkátorban tároltuk.

Mikroporózus MOF Cu előállítása₃(BTC)₂

Li et al. (2009) beszámol a háromdimenziós (3-D) fém-szerves keret (MOF) hatékony ultrahangos szintéziséről 3-D csatornákkal, például Cu₃(BTC)₂ (HKUST-1, BTC = benzol-1,3,5-trikarboxilát). A réz-acetát és a H reakciója₃BTC DMF/EtOH/H kevert oldatában₂O (3: 1: 2, v / v) ultrahangos besugárzás alatt környezeti hőmérséklet és légnyomás részére rövid reakcióidő (5–60 perc) adta Cu-t₃(BTC)₂ Ban magas hozam (62.6–85.1%). Ezek a Cu₃(BTC)₂ A nanokristályok mérete 10–200 nm, ami sok Kisebb mint a hagyományos szolvotermikus módszerrel szintetizáltak. Nem volt szignifikáns különbség a fizikai-kémiai tulajdonságokban, pl. BET felület, pórustérfogat és hidrogéntároló kapacitás a Cu₃(BTC)₂ ultrahangos módszerrel előállított nanokristályok és továbbfejlesztett szolvotermikus módszerrel nyert mikrokristályok. A hagyományos szintetikus technikákkal, például az oldószerdiffúziós technikával, a hidrotermikus és szolvotermikus módszerekkel összehasonlítva a porózus MOF-ok építésének ultrahangos módszere magasnak bizonyult Hatékony és környezetbarátabb.

Egydimenziós Mg(II)-MOF elkészítése

Tahmasian et al. (2013) jelentése egy Hatékony, alacsony költségés környezetbarát 3D szupramolekuláris fém-szerves keretrendszer (MOF) előállításának útja MgII alapján, {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1,5H₂O}_N (H3L = 4,5-imidazol-dikarbonsav) ultrahanggal segített úton.
Nanoszerkezetű {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1,5H₂O}_N a következő szonokémiai úton szintetizáltuk. A nano méretű {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H₂O}n (1), 20 ml H ligandum oldat₃IDC (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) Kiválasztott sávok: 3383 (SZÉ), 3190 (Szé), 1607 (BR), 1500 (M), 1390 (Sz), 1242 (M), 820 (M), 652 (M)).
A kezdeti reagensek koncentrációjának a nanoszerkezetű vegyület méretére és morfológiájára gyakorolt hatásának tanulmányozásához a fenti folyamatokat a kezdeti reagensek következő koncentrációs feltételei mellett végeztük: [HL2−] = [Mg2+] = 0,025 M.

Fluoreszcens mikroporózus MOF-ok Sono-szintézise

Qiu és munkatársai (2008) szonokémiai úton gyors szintézist találtak fluoreszcens mikroporózus MOF, Zn₃(BTC)₂⋅12H₂O (1) és a szerves aminok szelektív érzékelése az 1 nanokristályainak felhasználásával. Az eredmények azt mutatják, hogy az ultrahangos szintézis egyszerű, hatékony, alacsony költségű és környezetbarát megközelítés a nanoméretű MOF-ok előállításához.
A MOF 1-t ultrahangos módszerrel szintetizáltuk környezeti hőmérsékleten és légköri nyomáson, különböző reakcióidőkkel (5, 10, 30 és 90 perc). Kontrollkísérletet is végeztünk az 1 vegyület hidrotermális módszerrel történő szintézisére, és a szerkezeteket IR, elemi analízis és a por röntgendiffrakciós (XRD) minták Rietveld-analízisével igazoltuk a WinPLOTR és a Fullprof segítségével.¹³. Meglepő módon a cink-acetát-dihidrát reakciója benzen-1,3,5-trikarbonsavval (H₃BTC) 20%-os etanol-víz (v/v) etanolban, 5 percig tartó ultrahangos besugárzás alatt, környezeti hőmérsékleten és nyomáson, 1-t adott, figyelemre méltóan magas hozammal (75,3%, H₃BTC). Az 1 hozama is fokozatosan nőtt 78,2%-ról 85,3%-ra a reakcióidő 10 percről 90 percre történő növelésével. Ez az eredmény arra utal, hogy a MOF gyors szintézise szonikálással jelentősen nagy hozammal valósítható meg. Összehasonlítva az azonos vegyület MOF 1 hidrotermikus szintézisével, amelyet 140°C-on, nagy nyomáson 24 órán keresztül végeznek, az ultrahangos szintézis rendkívül hatékony, nagy hozamú és alacsony költségű módszernek bizonyult.
Mivel a cink-acetát és a H3BTC keverésével ugyanabban a reakcióközegben, környezeti hőmérsékleten és nyomáson, ultrahang hiányában nem kaptunk terméket, arra lehet következtetni, hogy a szonikáció fontos szerepet játszik a MOF 1 kialakulása során.
 

Szupramolekuláris szerkezetek egyszerű szintézise szonikációval – Olvass tovább!

Találja meg a legjobb szonokémiai berendezést az Ön folyamatához!

A Hielscher Ultrasonics hosszú távú tapasztalattal rendelkezik az erős és megbízható ultrahangos készülékek és szonokémiai reaktorok tervezésében és gyártásában. A Hielscher az ultrahangos készülékek széles választékával fedezi az alkalmazás követelményeit – kicsiből Laboratóriumi eszközök fölött Asztali-felső és pilóta ultrahangos készülékek akár teljes-Ipari rendszerek a szonokémiai előállításhoz kereskedelmi méretekben. A szonotródák, boosterek, reaktorok, áramlási cellák, zajszűrő dobozok és tartozékok széles választéka lehetővé teszi a szonokémiai reakcióhoz szükséges optimális beállítások konfigurálását. A Hielscher szonikátorok nagyon robusztusak, 24/7 üzemre készültek, és csak nagyon kevés karbantartást igényelnek.