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
Ultraschallbestralung an déi doduerch generéiert Kavitatioun si bekannt fir seng eenzegaarteg Effekter op chemesch Reaktiounen, bekannt als Sonochemie. Déi gewalteg Implosioun vu Kavitatiounsblasen generéiert lokal Hotspots mat exzessiv héijen transienten Temperaturen (5000 K), Drock (1800 Atm), a Killraten (10)10Ks-1) souwéi Schockwellen a resultéierend Flëssegstrahlen. Bei dësen cavitational waarm Flecken, d'Kristallnukleatioun a Wuesstem, zB duerch Ostwald Reifung, gëtt induzéiert a gefördert. Wéi och ëmmer, d'Partikelgréisst ass limitéiert well dës Hotspots duerch extremen Ofkillraten charakteriséiert sinn, dat heescht datt d'Temperatur vum Reaktiounsmedium bannent Millisekonnen fällt.
Ultraschall ass bekannt fir MOFs ze synthetiséieren séier ënner mëll Prozessbedéngungen, wéi z Léisungsmëttelfräi, op Raumtemperatur an ënner ambient Drock. Studien hu gewisen datt MOFs produzéiert kënne ginn Käschten-effikass op héich nozeginn iwwer sonochemical Wee. Endlech, de sonochemical Synthese vu MOFs ass a gréng, ëmweltfrëndlech Method.
Virbereedung vun MOF-5
An der Studie vu Wang et al (2011), Zn4O[1,4-benzendicarboxylat]3 gouf synthetiséiert via sonochemical route. 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 gouf iwwer déi folgend synthetiséiert sonochemical route. Nanogréisst {[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 a sonochemical Wee fir déi séier Synthese vu fluoreszenter mikroporösen MOF, Zn3(BTC)2⋅12H2O (1) a selektiv Sensatioun vun Organoaminen mat Nanokristalle vun 1. D'Resultater weisen datt Ultraschall Synthese ass eng einfach, efficace, bëlleg, an ëmweltfrëndlech Approche zu nanoscale MOFs.
MOF 1 gouf mat der Ultraschallmethod bei engem synthetiséiert ambient Temperatur an atmosphäresch Drock fir verschidde Reaktiounszäite vu 5, 10, 30, respektiv 90 min. E Kontrollexperiment gouf och duerchgefouert fir d'Verbindung 1 mat der hydrothermescher Method ze synthetiséieren, an d'Strukturen goufen duerch IR, elementar Analyse a Rietveld Analyse vun de Pulver Röntgen Diffraktioun (XRD) Mustere mat WinPLOTR a Fullprof bestätegt.13. Iwwerraschend ass d'Reaktioun vum Zinkacetatdihydrat mat Benzen-1,3,5-Tricarboxylsäure (H)3BTC) an 20% Ethanol am Waasser (v/v) ënner Ultraschallbestralung bei Ëmfeldtemperatur an Drock fir 5 min huet 1 an eng bemierkenswäert héich nozeginn (75,3%, baséiert op H3BTC). Och d'Ausbezuelung vun 1 erhéicht graduell vu 78,2% op 85,3% mat der Erhéijung vun der Reaktiounszäit vun 10 op 90 min. Dëst Resultat suggeréiert dat séier Synthese vun MOF kann an engem bedeitend realiséiert ginn héich nozeginn mat der Ultraschallmethod. Am Verglach mat der hydrothermescher Synthese vun der selwechter Verbindung MOF 1, déi bei 140 ° C bei héijen Drock fir 24 h duerchgefouert gëtt, gëtt 12 Ultraschallsynthese als eng héich effizient Method mat héijer Ausbezuelung an Käschtegënschteg.
Well kee Produkt kritt gouf andeems Zinkacetat mat H3BTC am selwechte Reaktiounsmedium bei Ëmfeldtemperatur an Drock an der Verontreiung vun Ultraschall vermëschen, sonication muss spillen an wichteg Roll während der Formatioun vun MOF 1.
Ultrasonic Prozesser: Vun Labo zu industriell Skala
sonochemical Equipement
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 fir sonochemical Produktioun op kommerziell Skala. Eng grouss Varietéit vu Sonotroden, Booster, Reaktoren, Flowzellen, Geräischer Annuléierungsboxen an Accessoiren erlaaben Iech den optimale Setup fir Är sonochemical Reaktioun. Hielscher's Ultraschallapparater si ganz Robust, gebaut fir 24/7 Operatioun a brauch nëmme ganz wéineg Ënnerhalt.
Metal-Organic Framworks kënnen effektiv iwwer sonochemesch Streck synthetiséiert ginn
ultrasonicator UIP1000hd mat sonochemesche Reakter
Literatur / Referenzen
- Dey, Chandan; Kundu, Tanay; Biswal, Bishnu P.; Mallick, Arijit; Banerjee, Rahul (2014): Kristallin metall-organesch Kaderen (MOFs): Synthese, Struktur a Funktioun. Acta Crystallographica Sektioun B 70, 2014. 3-10.
- Hashemi, Lida; Morsali, Ali; Yilmaz, Veysel T.; Büyükgüngor, Orhan; Khavasi, Hamid Reza; Ashouri, Fatemeh; Bagherzadeh, Mojtaba (2014): Sonochemesch Synthese vun zwee Nano-Gréisst Bläi (II) Metall-organesch Kaderen; Uwendung fir Katalyse a Preparatioun vu Bläi(II) Oxid Nanopartikelen. Journal vun molekulare Struktur 1072, 2014. 260-266.
- Li, Zong-Qun; Qiu, Ling-Guang; Xu, Tao; Wu, Yun; Wang, Wei; Wu, Zhen-Yu; Jiang, Xia (2009): Ultraschallsynthese vum mikroporöse Metall-organesche Kader Cu3(BTC)2 bei Ëmfeldtemperatur an Drock: Eng effizient an ëmweltfrëndlech Method. Material Bréiwer 63/1, 2009. 78-80.
- Qiu, Ling-Guang; Li, Zong-Qun; Wu, Yun; Wang, Wei; Xu, Tao; Jiang, Xia (2008): Einfach Synthese vun Nanokristalle vun engem mikroporösen Metall-organesche Kader duerch eng Ultraschallmethod a selektiv Sensatioun vun Organoaminen. Chemesch Kommunikatioun 2008, 3642-3644.
- Stock, Norbert; Biswas, Syam (2012): Synthesis of Metal-Organic Frameworks (MOFs): Routes to Verschidde MOF Topologien, Morphologies a Composites. Chemeschen Iwwerpréiwung 112/2, 2012. 933-969.
- Suslick, Kenneth S. (ed.) (1988): Ultraschall: Seng chemesch, kierperlech a biologesch Effekter. VCH: Weinheim, Däitschland. 1988.
- Tahmasian, Arineh; Morsali, Ali; Joo, Sang Woo (2013): Sonochemical Syntheses of a One-Dimensional Mg(II) Metal-Organic Framework: A New Precursor for Preparation of MgO One-Dimensional Nanostructure. Journal of Nanomaterials 2013.
- Thompson, Joshua A.; Chapman, Karena W.; Koros, William J.; Jones, Christopher W.; Nair, Sankar (2012): Sonication-induzéiert Ostwald Reife vu ZIF-8 Nanopartikelen a Bildung vun ZIF-8 / Polymer Kompositmembranen. Mikroporös a Mesoporous Materialien 158, 2012. 292-299.
- Wang, LiPing; Xiao, Bin; Wang, GongYing; Wu, JiQian (2011): Synthese vu Polycarbonatdiol katalyséiert duerch Metall-organesch Kader Zn4O[CO2-C6H4-CO2]3. Science China Chimie 54/9, 2011. 1468-1473.