Hierstellung vu metallorganesche Gerëschter (MOFs) mat Ultraschall

• Metallorganesch Gerëschter si Verbindungen, déi aus Metallionen an organesche Molekülle geformt ginn, soudatt en een-, zwee- oder dräidimensionaalt Hybridmaterial entsteet. Dës Hybridstrukture kënne poréis oder net poréis sinn a bidden eng Villfalt vu Funktionalitéiten.
• Déi sonocheemesch Synthes vu MOFs ass eng villverspriechend Technik, well déi metallorganesch Kristaller ganz effizient an ëmweltfrëndlech hiergestallt ginn.
• D’Hierstellung vu MOFs mat Ultraschall ka vun der Preparatioun vu klenge Prouwen am Laboratoire bis zur voller kommerzieller Produktioun linear eropskaléiert ginn.

Metallorganesch Gerëschter

Kristallin metallorganesch Gerëschter (MOFs) gehéieren zu der Kategorie vu poréise Materialie mat héijem Potenzial, déi fir d’Gasspäicherung, d’Adsorptioun/Trennung, d’Katalys, als Adsorbentien, am Magnetismus, bei der Entwécklung vu Sensoren an der Wierkstofffräisetzung agesat kënne ginn. MOFs entstinn typescherweis duerch Selbstassemblage, bei där sekundär Bausteng (SBUs) mat organeschen Ofstandshalter (Liganden) verbonne ginn, fir komplex Netzwierker ze bilden. Déi organesch Ofstandshalter oder déi metallesch SBUs kënne modifizéiert ginn, fir d’Porositéit vum MOF ze kontrolléieren, déi fir seng Funktionalitéiten a seng Notzbarkeet a bestëmmten Uwendungen entscheedend ass.

Sonocheemesch Synthes vu MOFs

D’Ultraschallbestralung an déi doduerch entsteeënd Kavitatioun si bekannt fir hir eenzegaarteg Auswierkungen op cheemesch Reaktiounen, déi als Sonochemie bezeechent ginn. Déi hefteg Implosioun vu Kavitatiounsblosen erzeegt lokal waarm Punkte mat extrem héijen temporären Temperaturen (5000 K), Drécker (1800 atm) an Ofkillraten (10¹⁰Ks^-1) souwéi Stousswellen a Flëssegkeetsstralen, déi doraus entstinn. Op dëse waarme Kavitatiounspunkte ginn d’Kristallkeimbildung an de Kristallwuesstem, z. B. duerch Ostwald-Reifung, ausgeléist a gefërdert. D’Partikelgréisst ass awer begrenzt, well dës waarm Punkte sech duerch extrem Ofkillraten auszeechnen, wat bedeit, datt d’Temperatur vum Reaktiounsmedium bannent Millisekonne fält.
Ultraschall ass dofir bekannt, MOFs séier ënner mëlle Prozessbedéngungen ze synthetiséieren, zum Beispill ouni Léisungsmëttel, bei Raumtemperatur an Ëmgéigenddrock. Studien hu gewisen, datt MOFs op sonocheemeschem Wee käschtegënschteg a mat héijer Ausbezuelung hiergestallt kënne ginn. Schlussendlech ass déi sonocheemesch Synthes vu MOFs eng gréng, ëmweltfrëndlech Method.

Hierstellung vu MOF-5

An der Etüd vu Wang et al (2011) gouf Zn₄O[1,4-benzendicarboxylat]₃ op sonocheemeschem Wee synthetiséiert. 1,36g H₂BDC a 4,84g Zn(NO₃)₂·6H₂O goufen am Ufank an 160mL DMF opgeléist. Duerno goufen ënner Ultraschallbestralung 6,43g TEA der Mëschung bäigefüügt. No 2 h gouf de faarflosen Nidderschlag duerch Filtratioun gesammelt a mat DMF gewäsch. De Feststoff gouf bei 90°C am Vakuum gedréchent an duerno an engem Vakuumexsikkator gelagert.

Hierstellung vum mikroporéise MOF Cu₃(BTC)₂

Li et al. (2009) berichten iwwer déi effizient Synthes mat Ultraschall vun dräidimensionale (3-D) metallorganesche Gerëschter (MOF) mat 3-D-Kanäl, wéi Cu₃(BTC)₂ (HKUST-1, BTC = Benzen-1,3,5-tricarboxylat). D’Reaktioun vu Koffer(II)-acetat an H₃BTC an enger gemëschter Léisung aus DMF/EtOH/H₂O (3:1:2, v/v) ënner Ultraschallbestralung bei Ëmgéigendtemperatur an Atmosphärendrock fir kuerz Reaktiounszäiten (5–60 min) huet Cu₃(BTC)₂ mat héijer Ausbezuelung (62,6–85,1%) erginn. Dës Cu₃(BTC)₂ -Nanokristaller hunn Dimensiounen am Gréissteberäich vun 10–200 nm, déi vill méi kleng si wéi déi vun de Kristaller, déi mat der konventioneller solvothermescher Method synthetiséiert goufen. Et goufe keng signifikant Ënnerscheeder bei de physikocheemeschen Eegenschaften, z. B. der BET-Uewerfläch, dem Porevolumen an der Waasserstoffspäicherkapazitéit, tëschent de Cu₃(BTC)₂ -Nanokristaller, déi mat der Ultraschallmethod hiergestallt goufen, an de Mikrokristaller, déi mat der verbesserter solvothermescher Method gewonnen goufen. Am Verglach mat traditionelle Synthestechniken, wéi der Léisungsmëtteldiffusiounstechnik, hydrothermeschen a solvothermesche Methoden, gouf d’Ultraschallmethod fir den Opbau vu poréise MOFs als héich effizient an méi ëmweltfrëndlech bewäert.

Hierstellung vun engem eendimensionale Mg(II)-MOF

Tahmasian et al. (2013) berichten iwwer en effizienten, käschtegënschtegen, an ëmweltfrëndleche Wee fir en 3D-supramolekulaart metallorganescht Gerëscht (MOF) op Basis vu MgII, {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1.5H₂O}_n (H3L = 4,5-Imidazoldicarbonsaier), mat Ultraschallënnerstëtzung hierzestellen.
Nanostrukturéiert {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1.5H₂O}_n gouf iwwer de folgende sonocheemesche Wee synthetiséiert. Fir nanogrousst {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H₂O}n (1) hierzestellen, gouf an 20 mL vun enger Léisung vum Ligand H₃IDC (0,05M) a Kaliumhydroxid (0,1 M) eng Ultraschallsond mat héijer Dicht an enger maximaler Ausgangsleeschtung vun 305 W positionéiert. An dës Léisung goufen 20 mL vun enger wässerlecher Léisung vu Magnesiumnitrat (0,05M) drëpseweis bäigefüügt. Déi gewonnen Nidderschléi goufen offiltréiert, mat Waasser an Ethanol gewäsch an un der Loft gedréchent (Schmëlzpunkt> 300ºC. (Fonnt: C, 24,84; H, 3,22; N, 11,67%.). IR (cm^-1) ausgewielte Banden: 3383 (w), 3190 (w), 1607 (br), 1500 (m), 1390 (s), 1242 (m), 820 (m), 652 (m)).
Fir den Afloss vun der Konzentratioun vun den Ausgangsreagenzien op d’Gréisst an d’Morphologie vun der nanostrukturéierter Verbindung z’ënnersichen, goufen déi uewe genannte Prozesser ënner der folgender Konzentratiounsbedéngung vun den Ausgangsreagenzien duerchgefouert: [HL2−] = [Mg2+] = 0,025 M.

Sonosynthes vu fluoreszente mikroporéise MOFs

Qiu et al. (2008) hunn e sonocheemesche Wee fir déi séier Synthes vun engem fluoreszente mikroporéise MOF, Zn₃(BTC)₂⋅12H₂O (1), an de selektiven Noweis vun Organoaminen mat Nanokristaller vun 1 fonnt. D’Resultater weisen, datt d’Synthes mat Ultraschall en einfachen, effizienten, käschtegënschtegen an ëmweltfrëndleche Wee zu MOFs am Nanomoossstaf ass.
MOF 1 gouf mat der Ultraschallmethod bei Ëmgéigendtemperatur an Atmosphärendrock fir ënnerschiddlech Reaktiounszäite vu respektiv 5, 10, 30 an 90 min synthetiséiert. Et gouf och e Kontrollexperiment duerchgefouert, fir d’Verbindung 1 mat der hydrothermescher Method ze synthetiséieren, an d’Strukture goufen duerch IR, Elementaranalys a Rietveld-Analys vun de Polver-Röntgendiffraktiounsmusteren (XRD) mat WinPLOTR a Fullprof bestätegt¹³. Iwwerraschenderweis huet d’Reaktioun vun Zénkacetatdihydrat mat Benzen-1,3,5-tricarbonsaier (H₃BTC) an 20% Ethanol a Waasser (v/v) ënner Ultraschallbestralung bei Ëmgéigendtemperatur an Ëmgéigenddrock fir 5 min d’Verbindung 1 mat enger bemierkenswäert héijer Ausbezuelung (75,3%, bezunn op H₃BTC) erginn. Ausserdeem ass d’Ausbezuelung vun 1 no an no vu 78,2% op 85,3% geklommen, wéi d’Reaktiounszäit vun 10 op 90 min erhéicht gouf. Dëst Resultat deit dorop hin, datt eng séier Synthes vu MOF mat enger däitlech héijer Ausbezuelung duerch Ultraschallbehandlung realiséiert ka ginn. Am Verglach mat der hydrothermescher Synthes vun därselwechter Verbindung MOF 1, déi bei 140°C ënner héijem Drock fir 24 h duerchgefouert gëtt, erweist sech d’Synthes mat Ultraschall als eng héich effizient Method mat héijer Ausbezuelung a gerénge Käschten.
Well beim Mësche vun Zénkacetat mat H3BTC am selwechte Reaktiounsmedium bei Ëmgéigendtemperatur an Ëmgéigenddrock ouni Ultraschall kee Produkt gewonnen gouf, kann ee schléissen, datt d’Ultraschallbehandlung bei der Bildung vu MOF 1 eng wichteg Roll spillt.
 

Einfach Synthes vu supramolekulare Strukture mat Ultraschallbehandlung – liest méi!

Fannt déi bescht sonocheemesch Ausrüstung fir Äre Prozess!

Hielscher Ultrasonics huet laangjäreg Erfarung an der Entwécklung an der Fabrikatioun vu leeschtungsstaarken an zouverlässegen Ultraschallapparater a sonocheemesche Reakteren. Hielscher deckt Är Uwendungsufuerderunge mat senger breeder Gamme vun Ultraschallapparater of – vu klengen Laborapparater iwwer Dësch- a Pilot- Ultraschallapparater bis hin zu komplettindustrielle Systemer fir déi sonocheemesch Produktioun am kommerzielle Moossstaf. Eng grouss Villfalt vu Sonotroden, Boosteren, Reakteren, Duerchflusszellen, Schalldämmboxen an Accessoirë mécht et méiglech, déi optimal Konfiguratioun fir Är sonocheemesch Reaktioun zesummenzestellen. Hielscher-Ultraschallapparater si ganz robust, fir de Betrib 24/7 gebaut a brauche ganz wéineg Ënnerhalt.