Ultrasonic Preparation of Metal-Organic Frameworks (MOFs)

• Metal-Organic Frameworks si Verbindunge geformt aus Metallionen an organesche Molekülen, sou datt en een-, zwee- oder dreidimensional Hybridmaterial erstallt gëtt. Dës Hybridstrukture kënne porös oder net-porös sinn a villfälteg Funktionalitéiten ubidden.
• Déi sonochemesch Synthese vu MOFs ass eng villverspriechend Technik well d'metall-organesch Kristalle ganz effizient an ëmweltfrëndlech produzéiert ginn.
• D'Ultraschallproduktioun vu MOFs kann linear skaléiert ginn vun der Virbereedung vu klenge Proben am Labo bis zur voller kommerziell Produktioun.

metall-organesch Kaderen

Kristallin metall-organesch Kaderen (MOFs) falen an der Kategorie vu héichpotenziell poröse Materialien, déi an der Gaslagerung, der Adsorptioun / Trennung, der Katalyse, als Adsorbents, am Magnetismus, Sensor Design, an Drogen Liwwerung benotzt kënne ginn. MOFs ginn typesch duerch Selbstmontage geformt, wou sekundär Gebaier Eenheeten (SBUs) mat organesche Spacers (Liganden) verbonne sinn fir komplex Netzwierker ze kreéieren. D'organesch Spacers oder d'metallesch SBUs kënne geännert ginn fir d'Porositéit vum MOF ze kontrolléieren, wat entscheedend ass wat seng Funktionalitéiten a seng Utilitéit fir speziell Uwendungen ugeet.

Sonochemical Synthese vun MOFs

Ultraschallbestrahlung an déi doduerch generéiert Kavitatioun si bekannt fir seng eenzegaarteg Effekter op chemesch Reaktiounen, bekannt als Sonochemie. Déi gewaltsam Implosioun vu Kavitatiounsblasen generéiert lokaliséiert Hot Spots mat extrem héijen transienten Temperaturen (5000 K), Drock (1800 atm) a Killraten (10¹⁰Ks^-1) souwéi Schockwellen a resultéierend flësseg Jets. Op dëse kavitationelle Hot Spots gëtt d'Kristallnukleatioun a Wuesstum, zB duerch Ostwald Reifung, induzéiert a gefördert. Wéi och ëmmer, d'Partikelgréisst ass limitéiert, well dës Hot Spots duerch extrem Ofkillungsraten charakteriséiert sinn, dat heescht datt d'Temperatur vum Reaktiounsmedium bannent Millisekonnen fällt.
Ultraschall ass bekannt fir MOFs séier ënner mëlle Prozessbedingungen ze synthetiséieren, wéi Léisungsmëttelfräi, bei Raumtemperatur an ënner Ëmweltdrock. Studien hu gewisen datt MOFs kosteneffektiv mat héijer Ausbezuelung iwwer sonochemesch Route produzéiert kënne ginn. Schlussendlech ass d'sonochemesch Synthese vu MOFs eng gréng, ëmweltfrëndlech Method.

Virbereedung vun MOF-5

An der Studie vu Wang et al (2011), Zn₄O[1,4-benzendicarboxylat]₃ Et gouf duerch sonochemesch Route synthetiséiert. 1.36g H₂BDC an 4,84g Zn (NO₃)₂·6H₂O goufen initial an 160mL DMF opgeléist. Duerno gouf 6.43g TEA an d'Mëschung ënner Ultraschallbestralung bäigefüügt. No 2 Stonnen gouf de faarwege Nidderschlag duerch Filtratioun gesammelt a mat DMF gewäsch. De Feststoff gouf bei 90 ° C am Vakuum getrocknegt an duerno an engem Vakuum Desickator gelagert.

Virbereedung vun microporous MOF Cu₃(BTC)₂

Li et al. (2009) bericht déi effizient Ultraschallsynthese vun dreidimensionalen (3-D) Metall-organesche Kader (MOF) mat 3-D Kanäl, wéi Cu₃(BTC)₂ (HKUST-1, BTC = Benzen-1,3,5-Tricarboxylat). D'Reaktioun vu Kuperacetat an H₃BTC an enger gemëschter Léisung vun DMF / EtOH / H₂O (3:1:2, v/v) ënner Ultraschallbestrahlung um Ëmgéigend Temperatur an atmosphäreschen Drock fir kuerz Reaktiounszäiten (5-60 min) huet Cu₃(BTC)₂ An héich nozeginn (62,6-85,1%). Dës Cu₃(BTC)₂ Nano-Kristalle hunn Dimensiounen vun enger Gréisst vun 10-200 nm, déi vill sinn méi kleng wéi déi synthetiséiert mat der konventioneller solvothermescher Method. Et waren keng bedeitend Differenzen a physikalesch-chemeschen Eegeschaften, zB BET-Uewerfläch, Porevolumen a Waasserstoffspeicherkapazitéit, tëscht Cu₃(BTC)₂ Nano-Kristalle virbereet mat der Ultraschallmethod an d'Mikrokristalle kritt duerch eng verbessert solvothermesch Method. Am Verglach mat traditionelle syntheteschen Techniken, wéi Léisungsmëtteldiffusiounstechnik, hydrothermesch a solvothermesch Methoden, gouf d'Ultraschallmethod fir de Bau vu porösen MOFs als héich fonnt. Effikass an méi ëmweltfrëndlech.

Virbereedung vun engem One-Dimensional Mg (II) MOF

Tahmasian et al. (2013) Rapport an Effikass, Käschtegënschteg,an an ëmweltfrëndlech Wee fir en 3D supramolekuläre metallorganesche Kader (MOF) ze produzéieren baséiert op MgII, {[Mg(HIDC)(H)₂O)₂]⋅1.5H₂O}_N (H3L = 4,5-Imidazol-Dicarboxylsäure) mat Hëllef vun engem Ultraschall-assistéierte Wee.
Nanostrukturéiert {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1.5H₂O}_N Et gouf iwwer déi folgend sonochemesch Route synthetiséiert. Nanosized {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H virbereeden₂O}n (1), 20 ml vun enger Léisung vum Ligand 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) ausgewielte Bands: 3383 (w), 3190 (w), 1607 (br), 1500 (m), 1390 (s), 1242 (m), 820 (m), 652 (m)).
Fir den Effet vun der Konzentratioun vun initialen Reagenzen op d'Gréisst an d'Morphologie vun der nanostrukturéierter Verbindung ze studéieren, goufen déi uewe genannte Prozesser ënner de folgende Konzentratiounskonditioune vun initialen Reagenzë gemaach: [HL2-] = [Mg2+] = 0,025 M.

Sono-Synthese vu fluoreszenter mikroporösen MOFs

Qiu et al. (2008) fonnt eng sonochemesch Route fir d'séier Synthese vu fluoreszierende mikroporösen MOF, Zn₃(BTC)₂⋅12H₂O (1) a selektiv Sensing vun Organoaminen mat Nanokristaller vun 1. D'Resultater weisen datt Ultraschallsynthese eng einfach, effizient, bëlleg an ëmweltfrëndlech Approche fir Nanoskala MOFs ass.
MOF 1 gouf mat der Ultraschallmethod bei enger Ëmwelttemperatur an atmosphäreschen Drock fir verschidde Reaktiounszäiten vu 5, 10, 30 an 90 min synthetiséiert. E Kontrollexperiment gouf och duerchgefouert fir Verbindung 1 mat der hydrothermescher Method ze synthetiséieren, an d'Strukture goufen duerch IR, elementar Analyse a Rietveld Analyse vun der Pulver Röntgendiffraktioun (XRD) Muster mat WinPLOTR a Fullprof bestätegt¹³. Iwwerraschend ass d'Reaktioun vum Zinkacetatdihydrat mat Benzen-1,3,5-Tricarboxylsäure (H)₃BTC) an 20% vun Ethanol am Waasser (v / v) ënner Ultraschallbestrahlung bei Ëmwelttemperatur an Drock fir 5 min huet 1 an engem bemierkenswäert héije Rendement (75.3%, baséiert op H₃BTC). Och d'Ausbezuelung vun 1 ass graduell vu 78,2% op 85,3% eropgaang mat der Erhéijung vun der Reaktiounszäit vun 10 op 90 Minutten. Dëst Resultat suggeréiert datt eng séier Synthese vu MOF an enger wesentlech héijer Ausbezuelung mat Sonikatioun realiséiert ka ginn. Am Verglach mat der hydrothermescher Synthese vun der selwechter Verbindung MOF 1, déi bei 140 ° C bei héijem Drock fir 24 Stonnen duerchgefouert gëtt, gëtt d'Ultraschallsynthese als héich effizient Method mat héijer Ausbezuelung a niddrege Käschte fonnt.
Well kee Produkt kritt gouf duerch d'Mëschung vun Zénkacetat mat H3BTC am selwechte Reaktiounsmedium bei Ëmwelttemperatur an Drock am Fehlen vum Ultraschall, kann ofgeschloss ginn datt d'Sonikatioun eng wichteg Roll spillt während der Bildung vu MOF 1.
 

Einfache Synthese vun supramolekulare Strukturen mat Sonikatioun – Liest méi!

Fannt déi bescht Sonochemesch Ausrüstung fir Äre Prozess!

Hielscher Ultrasonics huet laangjäreg Erfahrung am Design an der Fabrikatioun vu mächtegen an zouverléissege Ultraschaller a sonochemesche Reaktoren. Hielscher deckt Är Applikatioun Ufuerderunge mat senger breet Palette vun Ultraschallapparater – vu klengen Labo Apparater iwwer Bänk-Top an pilot Ultraschaller bis vollindustriell Systemer Produktioun vu Produiten op kommerzieller Skala. Eng grouss Varietéit vu Sonotroden, Booster, Reaktoren, Stroumzellen, Kaméidi Annuléierungskëschten an Accessoiren erlaabt den optimalen Setup fir Är sonochemesch Reaktioun ze konfiguréieren. Hielscher Sonicators si ganz robust, gebaut fir 24/7 Operatioun a brauchen nëmmen ganz wéineg Ënnerhalt.