Ultrasonik Penyusunan Kerangka Kerja Logam-Organik (MOFs)

• Kerangka Logam-Organik adalah senyawa yang terbentuk dari ion logam dan molekul organik sehingga bahan hibrida satu, dua, atau tiga dimensi dibuat. Struktur hibrida ini bisa berpori atau tidak berpori dan menawarkan berbagai macam fungsionalitas.
• Sintesis sonochemical MOFs adalah teknik yang menjanjikan karena kristal logam-organik yang dihasilkan sangat efisien dan ramah lingkungan.
• Produksi ultrasonik MOFs dapat ditingkatkan secara linier dari persiapan sampel kecil di laboratorium hingga produksi komersial penuh.

Kerangka kerja logam-organik

Kerangka kerja logam-organik kristalin (MOFs) termasuk dalam kategori bahan berpori potensial tinggi, yang dapat digunakan dalam penyimpanan gas, adsorpsi / pemisahan, katalisis, sebagai adsorben, magnetisme, disain sensor, dan pengiriman obat. MOFs biasanya dibentuk oleh self-assembly dimana unit bangunan sekunder (SBU) terhubung dengan spacer organik (ligan) untuk menciptakan jaringan yang kompleks. Spacer organik atau SBU metalik dapat dimodifikasi untuk mengendalikan porositas MOF, yang sangat penting mengenai fungsionalitas dan kegunaannya untuk aplikasi tertentu.

Sintesis Sonochemical MOFs

Iradiasi ultrasonik dan kavitasi yang dihasilkannya terkenal dengan efeknya yang unik pada reaksi kimia, yang dikenal sebagai sonokimia. Ledakan hebat gelembung kavitasi menghasilkan titik panas lokal dengan suhu sementara yang sangat tinggi (5000 K), tekanan (1800 atm), dan laju pendinginan (10¹⁰KS^-1) serta gelombang kejut dan semburan cairan yang dihasilkan. Pada titik panas kavitasi ini, nukleasi dan pertumbuhan kristal, misalnya dengan pematangan Ostwald, diinduksi dan dipromosikan. Namun, ukuran partikelnya terbatas karena titik panas tersebut dicirikan oleh tingkat pendinginan yang ekstrem yang berarti bahwa suhu media reaksi turun dalam hitungan milidetik.
Ultrasonografi diketahui dapat mensintesis MOF dengan cepat dalam kondisi proses yang ringan, seperti bebas pelarut, pada suhu kamar, dan di bawah tekanan sekitar. Penelitian telah menunjukkan bahwa MOF dapat diproduksi dengan biaya yang efektif dengan hasil yang tinggi melalui rute sonokimia. Akhirnya, sintesis sonokimia MOF adalah metode yang ramah lingkungan dan ramah lingkungan.

Persiapan MOF-5

Dalam studi Wang et al (2011), Zn₄O [1,4-benzenedicarboxylate]₃ disintesis melalui rute sonokimia. 1.36g H₂BDC dan Zn 4.84g (NO₃)₂· 6H₂O dilarutkan secara inilially dalam DMF 160mL. Kemudian 6.43g TEA ditambahkan ke dalam campuran iradiasi ultrasonik. Setelah 2 jam endapan tak berwarna dikumpulkan melalui penyaringan dan dicuci oleh DMF. Padatan dikeringkan pada suhu 90 ° C dengan vakum dan kemudian disimpan dalam desikator vakum.

Persiapan microporous MOF Cu₃(BTC)₂

Li et al. (2009) melaporkan sintesis ultrasonik efisien tiga dimensi (3-D) logam-organik kerangka (MOF) dengan saluran 3-D, seperti Cu₃(BTC)₂ (HKUST-1, BTC = benzena-1,3,5-tricarboxylate). Reaksi cupric asetat dan H₃BTC dalam larutan campuran DMF/EtOH/H₂O (3:1:2, v/v) di bawah iradiasi ultrasonik di suhu ambien dan tekanan atmosfer untuk waktu reaksi yang pendek (5 – 60 menit) memberikan Cu₃(BTC)₂ Dalam hasil yang tinggi (62,6-85.1%). Cu ini₃(BTC)₂ Nano-kristal memiliki dimensi dengan rentang ukuran 10-200 nm, yang jauh lebih kecil daripada yang disintesis menggunakan metode solvothermal konvensional. Tidak ada perbedaan signifikan dalam sifat fisikokimia, mis. BET luas permukaan, volume pori, dan kapasitas penyimpanan hidrogen, antara Cu₃(BTC)₂ nano-kristal dibuat dengan menggunakan metode ultrasonik dan mikrokristalin yang diperoleh dengan metode solvothermal yang lebih baik. Dibandingkan dengan teknik sintetis tradisional, seperti teknik difusi pelarut, metode hidrotermal dan solvothermal, metode ultrasonik untuk pembuatan MOF berpori merupakan metode yang sangat tinggi baik dalam efisien dan lebih ramah lingkungan.

Persiapan dari Satu deminsional Mg(II) MOF

Tahmasian et al. (2013) melaporkan efisien, biaya yang rendah, dan ramah lingkungan untuk menghasilkan kerangka organik-logam supramolekul 3D (MOF) berdasarkan MgII, {[Mg (HIDC) (H₂O)₂]⋅1.5H₂O}_n (H3L = 4,5-imidazole-dicarboxylic acid) dengan menggunakan jalur bantuan ultrasonikasi.
Nanostructured {[Mg(HIDC) (H₂O)₂]⋅1.5H₂O}_n disintesis melalui rute sonokimia berikut. Untuk menyiapkan {[Mg(HIDC)(H2O)2] berukuran nano] ⋅ 1.5H₂O} n (1), 20 mL larutan ligan H₃IDC (0.05M) dan potassium hydroxide (0.1 M) yang diposisikan sebagai ultrasonic dengan densiti yang tinggi dengan daya maksimum daya keluaran 305W. Ke dalam larutan ini 20 mL larutan magnesium nitrat berair (0,05 M) ditambahkan setetes demi setetes. Endapan yang diperoleh disaring, dicuci dengan air andethanol, dan dikeringkan dengan udara (m.p.> 300ºC. (Found: C, 24,84; H, 3,22; N, 11,67%) IR (cm^-1) selected band: 3383 (w), 3190 (w), 1607 (br), 1500 (m), 1390 (s), 1242 (m), 820 (m), 652 (m)).
Untuk mempelajari pengaruh konsentrasi reagen awal terhadap ukuran dan morfologi senyawa berstrukturnano, proses di atas dilakukan dengan kondisi konsentrasi reagen awal: [HL2-] = [Mg2 +] = 0,025 M.

Sono-Synthesis of fluorescent microporous MOFs

Qiu dkk. (2008) menemukan rute sonokimia untuk sintesis cepat MOF berpori mikro berpendar, Zn₃(BTC)₂⋅12H₂O (1) dan penginderaan selektif organoamina menggunakan nanokristal 1. Hasilnya menunjukkan bahwa sintesis ultrasonik adalah pendekatan yang sederhana, efisien, berbiaya rendah, dan ramah lingkungan untuk MOF skala nano.
MOF 1 disintesis menggunakan metode ultrasonik pada suhu ruang dan tekanan atmosfer untuk waktu reaksi yang berbeda yaitu 5, 10, 30, dan 90 menit. Eksperimen kontrol juga dilakukan untuk mensintesis senyawa 1 menggunakan metode hidrotermal, dan strukturnya dikonfirmasi dengan IR, analisis unsur dan analisis Rietveld dari pola difraksi sinar-X bubuk (XRD) menggunakan WinPLOTR dan Fullprof¹³. Anehnya, reaksi zinc asetat dihydrate dengan benzen-1,3,5-tricarboxylic acid (H₃BTC) dalam 20% etanol dalam air (v/v) di bawah iradiasi ultrasonik pada suhu dan tekanan ambien selama 5 menit menghasilkan 1 dalam rendemen yang sangat tinggi (75,3%, berdasarkan H₃BTC). Selain itu, hasil 1 meningkat secara bertahap dari 78,2% menjadi 85,3% dengan meningkatkan waktu reaksi dari 10 menjadi 90 menit. Hasil ini menunjukkan bahwa sintesis MOF yang cepat dapat direalisasikan dengan hasil yang sangat tinggi dengan menggunakan sonikasi. Dibandingkan dengan sintesis hidrotermal dari senyawa MOF 1 yang sama, yang dilakukan pada suhu 140 ° C pada tekanan tinggi selama 24 jam, sintesis ultrasonik ditemukan sebagai metode yang sangat efisien dengan hasil yang tinggi dan biaya rendah.
Karena tidak ada produk yang diperoleh dengan mencampurkan seng asetat dengan H3BTC dalam media reaksi yang sama pada suhu dan tekanan sekitar tanpa adanya ultrasound, maka dapat disimpulkan bahwa sonikasi memainkan peran penting selama pembentukan MOF 1.
 

Sintesis struktur supramolekul yang mudah menggunakan sonikasi – Baca lebih lanjut!

Temukan Peralatan Sonokimia Terbaik untuk Proses Anda!

Hielscher Ultrasonics memiliki pengalaman lama dalam merancang dan membuat ultrasonik serta reaktor sonokimia yang kuat dan dapat diandalkan. Hielscher memenuhi segala persyaratan aplikasi Anda dengan berbagai perangkat ultrasonik – multi dari perangkat laboratorium yang kecil hingga Bench-Top dan pilot ultrasonicators sampai hinggasistem industri secara keseluruhan untuk produksi sonokimia dalam skala komersial. Berbagai macam sonotrode, booster, reaktor, sel aliran, kotak peredam bising, dan aksesori memungkinkan untuk mengonfigurasi pengaturan optimal untuk reaksi sonokimia Anda. Sonikator Hielscher sangat kuat, dibuat untuk operasi 24/7 dan hanya membutuhkan sedikit perawatan.