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) és kálium-hidroxid (0,1 M) egy nagy sűrűségű ultrahangszondát helyeztek el, amelynek maximális teljesítménye 305 W. Ebbe az oldatba cseppenként 20 ml magnézium-nitrát (0,05M) vizes oldatát adták. A kapott csapadékot leszűrtük, vízzel és etanollal mostuk, majd levegőn szárítottuk (m.p.> 300ºC. (Találtuk: 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.