Pregătirea cu ultrasunete a cadrelor metal-organice (MOF-uri)

• Cadrele metal-organice sunt compuși formați din ioni metalici și molecule organice, astfel încât să se creeze un material hibrid unidimensional, doi sau tridimensional. Aceste structuri hibride pot fi poroase sau neporoase și oferă funcționalități multiple.
• Sinteza sonochimică a MOF-urilor este o tehnică promițătoare, deoarece cristalele metalo-organice sunt produse foarte eficient și ecologic.
• Producția cu ultrasunete de MOF-uri poate fi scalată liniar de la pregătirea probelor mici în laborator la producția comercială completă.

cadre metalo-organice

Cadrele metalo-organice cristaline (MOF) se încadrează în categoria materialelor poroase cu potențial ridicat, care pot fi utilizate în stocarea, adsorbția / separarea gazelor, cataliza, ca adsorbanți, în magnetism, proiectarea senzorilor și livrarea medicamentelor. MOF-urile sunt de obicei formate prin auto-asamblare în care unitățile secundare de construcție (SBU) se conectează cu distanțiere organice (liganzi) pentru a crea rețele complexe. Distanțierele organice sau SBU-urile metalice pot fi modificate pentru a controla porozitatea MOF, ceea ce este crucial în ceea ce privește funcționalitățile și utilitatea sa pentru anumite aplicații.

Sinteza sonochimică a MOF-urilor

Iradierea cu ultrasunete și cavitarea astfel generată sunt bine cunoscute pentru efectele lor unice asupra reacțiilor chimice, cunoscute sub numele de sonochimie. Implozia violentă a bulelor de cavitare generează puncte fierbinți localizate cu temperaturi tranzitorii extrem de ridicate (5000 K), presiuni (1800 atm) și rate de răcire (10¹⁰Ks^-1), precum și undele de șoc și jeturile de lichid rezultate. În aceste puncte fierbinți cavitaționale, nuclearea și creșterea cristalelor, de exemplu prin maturarea Ostwald, este indusă și promovată. Cu toate acestea, dimensiunea particulelor este limitată, deoarece aceste puncte fierbinți sunt caracterizate de rate de răcire extreme, ceea ce înseamnă că temperatura mediului de reacție scade în câteva milisecunde.
Ultrasunetele sunt cunoscute pentru sintetizarea rapidă a MOF-urilor în condiții de proces ușoare, cum ar fi fără solvent, la temperatura camerei și sub presiune ambiantă. Studiile au arătat că MOF-urile pot fi produse în mod rentabil și cu un randament ridicat prin ruta sonochimică. În cele din urmă, sinteza sonochimică a MOF-urilor este o metodă ecologică, ecologică.

Pregătirea MOF-5

În studiul lui Wang et al (2011), Zn₄O[1,4-benzendicarboxilat]₃ a fost sintetizată pe cale sonochimică. 1,36 g H₂BDC și 4.84g Zn(NO₃)₂·6H₂O au fost dizolvate ilial în 160ml DMF. Apoi, 6.43g TEA a fost adăugat la amestec sub iradiere cu ultrasunete. După 2 ore, precipitatul incolor a fost colectat prin filtrare și spălat cu DMF. Substanța solidă a fost uscată la 90 °C în vid și apoi depozitată într-un desicator cu vid.

Prepararea MOF microporoasă Cu₃(BTC)₂

Li et al. (2009) raport sinteza eficientă cu ultrasunete de tridimensional (3-D) metal-organic cadru (MOF) cu canale 3-D, ar fi Cu₃(BTC)₂ (HKUST-1, BTC = benzen-1,3,5-tricarboxilat). Reacția acetatului cupric și a H₃BTC în soluție mixtă de DMF/EtOH/H₂O (3:1:2, v/v) sub iradiere cu ultrasunete la temperatura ambiantă și presiunea atmosferică pentru Timpi scurți de reacție (5–60 min) a dat Cu₃(BTC)₂ În randament ridicat (62.6–85.1%). Aceste Cu₃(BTC)₂ Nanocristalele au dimensiuni cuprinse între 10-200 nm, care sunt mult mai mari Mici decât cele sintetizate folosind metoda solvotermică convențională. Nu au existat diferențe semnificative în proprietățile fizico-chimice, de exemplu suprafața BET, volumul porilor și capacitatea de stocare a hidrogenului, între Cu₃(BTC)₂ nanocristale preparate folosind metoda cu ultrasunete și microcristalele obținute prin utilizarea metodei solvotermice îmbunătățite. În comparație cu tehnicile tradiționale sintetice, ar fi tehnica de difuzie a solvenților, metodele hidrotermale și solvotermale, metoda cu ultrasunete pentru construirea MOF-urilor poroase sa dovedit a fi foarte mare Eficient și mai ecologic.

Prepararea unui MOF unidimensional de Mg(II)

Tahmasian et al. (2013) raportează un raport Eficient, cost redusși ecologic calea de producere a unui cadru metalo-organic supramolecular 3D (MOF) bazat pe MgII, {[Mg(HIDC)(H)₂O)₂]⋅1.5H₂O}_N (H3L = acid 4,5-imidazol-dicarboxilic) utilizând un traseu asistat ultrasonically.
Nanostructurat {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1.5H₂O}_N a fost sintetizat prin următoarea cale sonochimică. Pentru a prepara {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1,5H₂O}n (1), 20 ml soluție de 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) Benzile selectate: 3383 (W), 3190 (W), 1607 (BR), 1500 (M), 1390 (S), 1242 (M), 820 (M), 652 (M)).
Pentru studierea efectului concentrației reactivilor inițiali asupra mărimii și morfologiei compusului nanostructurat, procesele de mai sus au fost efectuate în următoarea condiție de concentrație a reactivilor inițiali: [HL2−] = [Mg2+] = 0,025 M.

Sono-Sinteza MOF-urilor microporoase fluorescente

Qiu et al. (2008) au găsit o rută sonochimică pentru sinteza rapidă a MOF microporoase fluorescente, Zn₃(BTC)₂⋅12H₂O (1) și detectarea selectivă a organoaminelor utilizând nanocristale de 1. Rezultatele arată că sinteza cu ultrasunete este o abordare simplă, eficientă, cu costuri reduse și ecologică a MOF-urilor la scară nanometrică.
MOF 1 a fost sintetizat utilizând metoda cu ultrasunete la o temperatură ambiantă și presiune atmosferică pentru diferite timpi de reacție de 5, 10, 30 și, respectiv, 90 min. De asemenea, a fost efectuat un experiment de control pentru a sintetiza compusul 1 utilizând metoda hidrotermală, iar structurile au fost confirmate prin IR, analiză elementară și analiza Rietveld a modelelor de difracție a razelor X (XRD) cu pulbere utilizând WinPLOTR și Fullprof¹³. În mod surprinzător, reacția acetatului de zinc dihidrat cu acidul benzen-1,3,5-tricarboxilic (H₃BTC) în 20% etanol în apă (v/v) sub iradiere cu ultrasunete la temperatura și presiunea mediului ambiant timp de 5 minute a dat 1 într-un randament remarcabil de ridicat (75,3%, pe baza H₃BTC). De asemenea, randamentul de 1 a crescut treptat de la 78,2% la 85,3% odată cu creșterea timpului de reacție de la 10 la 90 min. Acest rezultat sugerează că sinteza rapidă a MOF poate fi realizată într-un randament semnificativ ridicat folosind sonicare. Comparativ cu sinteza hidrotermală a aceluiași compus MOF 1, care se realizează la 140 ° C la presiune ridicată timp de 24 h, sinteza cu ultrasunete se dovedește a fi o metodă foarte eficientă, cu randament ridicat și costuri reduse.
Deoarece niciun produs nu a fost obținut prin amestecarea acetatului de zinc cu H3BTC în același mediu de reacție la temperatura și presiunea ambiantă în absența ultrasunetelor, se poate concluziona că sonicarea joacă un rol important în timpul formării MOF 1.
 

Sinteza ușoară a structurilor supramoleculare prin sonicare – Citește mai mult!

Găsiți cel mai bun echipament sonochemic pentru procesul dumneavoastră!

Hielscher Ultrasonics are experiență îndelungată în proiectarea și fabricarea de ultrasonicators puternice și fiabile și reactoare sonochimice. Hielscher acoperă cerințele aplicației cu gama sa largă de dispozitive cu ultrasunete – de la mic Dispozitive de laborator peste banchetă și pilot ultrasonicators până la full-Sisteme industriale pentru producția sonochimică la scară comercială. O mare varietate de sonotrode, booster, reactoare, celule de flux, cutii de anulare a zgomotului și accesorii permit configurarea optimă pentru reacția dvs. sonochimică. Sonicatoarele Hielscher sunt foarte robuste, construite pentru funcționare 24/7 și necesită foarte puțină întreținere.