Metal-Organik Çerçevelerin (MOF'lar) Ultrasonik Hazırlanması

• Metal-Organik Çerçeveler, metal iyonları ve organik moleküllerden oluşan bileşiklerdir, böylece bir, iki veya üç boyutlu bir hibrit malzeme oluşturulur. Bu hibrit yapılar gözenekli veya gözeneksiz olabilir ve çeşitli işlevler sunar.
• MOF'ların sonokimyasal sentezi, metal-organik kristaller çok verimli ve çevre dostu olarak üretildiği için umut verici bir tekniktir.
• MOF'ların ultrasonik üretimi, laboratuvarda küçük numunelerin hazırlanmasından tam ticari üretime kadar doğrusal olarak ölçeklendirilebilir.

Metal-Organik Çerçeveler

Kristalin metal-organik çerçeveler (MOF'lar), gaz depolama, adsorpsiyon / ayırma, kataliz, adsorban olarak, manyetizma, sensör tasarımı ve ilaç dağıtımında kullanılabilen yüksek potansiyelli gözenekli malzemeler kategorisine girer. MOF'lar tipik olarak, ikincil yapı birimlerinin (SBU'lar) karmaşık ağlar oluşturmak için organik ara parçalarla (ligandlar) bağlandığı kendi kendine montaj ile oluşturulur. Organik ara parçalar veya metalik SBU'lar, MOF'un gözenekliliğini kontrol etmek için değiştirilebilir, bu da işlevselliği ve belirli uygulamalar için kullanışlılığı açısından çok önemlidir.

MOF'ların Sonokimyasal Sentezi

Ultrasonik ışınlama ve bunun sonucunda oluşan kavitasyon, sonokimya olarak bilinen kimyasal reaksiyonlar üzerindeki benzersiz etkileriyle iyi bilinmektedir. Kavitasyon kabarcıklarının şiddetli patlaması, aşırı yüksek geçici sıcaklıklara (5000 K), basınçlara (1800 atm) ve soğutma hızlarına (10¹⁰Ks (Türkçe)^-1) yanı sıra şok dalgaları ve bunun sonucunda oluşan sıvı jetleri. Bu kavitasyonel sıcak noktalarda, örneğin Ostwald olgunlaşması yoluyla kristal çekirdeklenmesi ve büyümesi tetiklenir ve teşvik edilir. Ancak, partikül boyutu sınırlıdır çünkü bu sıcak noktalar aşırı soğuma hızları ile karakterize edilir, yani reaksiyon ortamının sıcaklığı milisaniyeler içinde düşer.
Ultrasonun MOF'ları solventsiz, oda sıcaklığında ve ortam basıncı gibi hafif işlem koşulları altında hızlı bir şekilde sentezlediği bilinmektedir. Çalışmalar, MOF'ların sonokimyasal yolla yüksek verimde uygun maliyetli olarak üretilebileceğini göstermiştir. Son olarak, MOF'ların sonokimyasal sentezi yeşil, çevre dostu bir yöntemdir.

MOF-5'in Hazırlanması

Wang ve arkadaşlarının (2011) çalışmasında, Zn₄O [1,4-benzendikarboksilat]₃ sonokimyasal yolla sentezlenmiştir. 1.36g H₂BDC ve 4.84g Zn (HAYIR₃)₂6 saat₂O, 160 mL DMF'de inilital olarak çözüldü. Daha sonra ultrasonik ışınlama altında karışıma 6.43g ÇAY ilave edildi. 2 saat sonra renksiz çökelti filtrasyon ile toplandı ve DMF ile yıkandı. Katı, 90 ° C'de vakumda kurutuldu ve daha sonra bir vakumlu desikatörde saklandı.

Mikro gözenekli MOF Cu'nun hazırlanması₃(BTC)₂

Li ve ark. (2009), Cu gibi 3 boyutlu kanallarla üç boyutlu (3 boyutlu) metal-organik çerçevenin (MOF) verimli ultrasonik sentezini rapor etmektedir.₃(BTC)₂ (HKUST-1, BTC = benzen-1,3,5-trikarboksilat). Bakır asetat ve H'nin reaksiyonu₃DMF/EtOH/H'nin karışık bir çözeltisinde BTC₂O (3:1:2, v/v) ultrasonik ışınlama altında Ortam sıcaklığı ve atmosferik basınç için kısa reaksiyon süreleri (5-60 dakika) Cu verdi₃(BTC)₂ İçinde yüksek verim (62.6–85.1%). Bu Cu₃(BTC)₂ Nano kristaller, 10-200 nm arasında bir boyut aralığına sahiptir, bu da çok Küçük geleneksel solvotermal yöntem kullanılarak sentezlenenlerden daha fazla. Cu arasında BET yüzey alanı, gözenek hacmi ve hidrojen depolama kapasitesi gibi fizikokimyasal özelliklerde önemli bir fark yoktu.₃(BTC)₂ ultrasonik yöntemle hazırlanan nano kristaller ve geliştirilmiş solvotermal yöntemle elde edilen mikro kristallerdir. Solvent difüzyon tekniği, hidrotermal ve solvotermal yöntemler gibi geleneksel sentetik tekniklerle karşılaştırıldığında, gözenekli MOF'ların inşası için ultrasonik yöntemin yüksek olduğu bulunmuştur. Verimli ve Daha çevre dostu.

Tek Boyutlu Mg(II) MOF'un Hazırlanması

Tahmasian ve ark. (2013) bir Verimli, Düşük maliyetlive Çevre dostu MgII, {[Mg(HIDC)(H]'ye dayalı bir 3D supramoleküler metal-organik çerçeve (MOF) üretme rotası₂O)₂]⋅1,5 saat₂O}_N (H3L = 4,5-imidazol-dikarboksilik asit) ultrasonik destekli bir yol kullanarak.
Nanoyapılı {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1,5 saat₂O}_N aşağıdaki sonokimyasal yolla sentezlenmiştir. Nano boyutta {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H hazırlamak için₂O}n (1), 20 mL ligand H çözeltisi₃IDC (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) Seçilen bantlar: 3383 (G), 3190 (G), 1607 (BR), 1500 (M), 1390 (S), 1242 (M), 820 (M), 652 (M)).
Başlangıç reaktiflerinin konsantrasyonunun nanoyapılı bileşiğin boyutu ve morfolojisi üzerindeki etkisini incelemek için, yukarıdaki işlemler başlangıç reaktiflerinin aşağıdaki konsantrasyon koşulu altında yapıldı: [HL2-] = [Mg2+] = 0.025 M.

Floresan mikro gözenekli MOF'ların Sono-Sentezi

Qiu ve arkadaşları (2008) floresan mikro gözenekli MOF'un hızlı sentezi için sonokimyasal bir yol bulmuşlardır, Zn₃(BTC)₂⋅12H₂O (1) ve 1'in nano kristalleri kullanılarak organoaminlerin seçici olarak algılanması. Sonuçlar, ultrasonik sentezin nano ölçekli MOF'lar için basit, verimli, düşük maliyetli ve çevre dostu bir yaklaşım olduğunu ortaya koymaktadır.
MOF 1, sırasıyla 5, 10, 30 ve 90 dakikalık farklı reaksiyon süreleri için ortam sıcaklığında ve atmosferik basınçta ultrasonik yöntem kullanılarak sentezlenmiştir. Bileşik 1'i hidrotermal yöntemle sentezlemek için bir kontrol deneyi de gerçekleştirilmiş ve yapılar WinPLOTR ve Fullprof kullanılarak toz X-ışını kırınım (XRD) desenlerinin IR, element analizi ve Rietveld analizi ile doğrulanmıştır.¹³. Şaşırtıcı bir şekilde, çinko asetat dihidratın benzen-1,3,5-trikarboksilik asit (H₃BTC) 5 dakika boyunca ortam sıcaklığı ve basıncında ultrasonik ışınlama altında suda etanol (v/v) içinde oldukça yüksek bir verimde (u,3, H₃BTC). Ayrıca, reaksiyon süresinin 10 ila 90 dakika arasında artırılmasıyla 1'in verimi kademeli olarak x,2'den �,3'e yükselmiştir. Bu sonuç, MOF'un hızlı sentezinin sonikasyon kullanılarak önemli ölçüde yüksek bir verimle gerçekleştirilebileceğini göstermektedir. Aynı bileşik MOF 1'in 140°C'de yüksek basınçta 24 saat boyunca gerçekleştirilen hidrotermal sentezi ile karşılaştırıldığında, ultrasonik sentezin yüksek verim ve düşük maliyet ile oldukça verimli bir yöntem olduğu bulunmuştur.
Ultrason yokluğunda ortam sıcaklığı ve basıncında aynı reaksiyon ortamında çinko asetat ile H3BTC karıştırılarak herhangi bir ürün elde edilmediğinden, MOF 1'in oluşumu sırasında sonikasyonun önemli bir rol oynadığı sonucuna varılabilir.
 

Sonikasyon kullanarak supramoleküler yapıların kolay sentezi – Daha fazla oku!

Prosesiniz için En İyi Sonokimyasal Ekipmanı Bulun!

Hielscher Ultrasonics, güçlü ve güvenilir ultrasonicators ve sonochemical reaktörlerin tasarımı ve üretiminde uzun süreli deneyime sahiptir. Hielscher, geniş ultrasonik cihaz yelpazesi ile uygulama gereksinimlerinizi karşılar – Küçükten Laboratuvar cihazları üzerinde bench-top ve pilot ultrasonicators kadar tam-Endüstriyel Sistemler ticari ölçekte sonokimyasal üretim için. Çok çeşitli sonotrotlar, güçlendiriciler, reaktörler, akış hücreleri, gürültü önleme kutuları ve aksesuarlar sonokimyasal reaksiyonunuz için en uygun kurulumu yapılandırmanıza olanak tanır. Hielscher sonikatörleri çok sağlamdır, 7/24 çalışma için üretilmiştir ve çok az bakım gerektirir.