Ультразвукова підготовка металоорганічних каркасів (MOFs)

• Металоорганічні каркаси — це сполуки, утворені з іонів металу та органічних молекул таким чином, що створює одно-, дво- або тривимірний гібридний матеріал. Ці гібридні структури можуть бути пористими або непористими та пропонувати різноманітні функціональні можливості.
• Сонохімічний синтез МОФ є перспективним методом, оскільки метало-органічні кристали виробляються дуже ефективними та екологічно чистими.
• Ультразвукове виробництво MOF може бути лінійно масштабоване від підготовки невеликих зразків у лабораторії до повного комерційного виробництва.

Метало-органічні каркаси

Кристалічні метало-органічні каркаси (MOF) належать до категорії високопотенційних пористих матеріалів, які можуть використовуватися у зберіганні газу, адсорбції/сепарації, каталізі, як адсорбенти, у магнетизмі, дизайні датчиків та доставці ліків. MOF зазвичай утворюються шляхом самомонтажу, коли вторинні будівельні одиниці (SBU) з'єднуються з органічними розпірками (лігандами) для створення складних мереж. Органічні прокладки або металеві SBU можуть бути модифіковані для контролю пористості MOF, що має вирішальне значення щодо його функціональності та корисності для конкретних застосувань.

Сонохімічний синтез МОФ

Ультразвукове опромінення і тим самим генерована кавітація добре відомі своїм унікальним впливом на хімічні реакції, відомі як сонохімія. Сильна імплозія кавітаційних бульбашок генерує локалізовані гарячі точки з надзвичайно високими перехідними температурами (5000 К), тисками (1800 атм) і швидкостями охолодження (10¹⁰Кс^-1), а також ударні хвилі та струмені рідини, що виникають при цьому. У цих кавітаційних гарячих точках індукується і стимулюється зародження і ріст кристалів, наприклад, дозрівання за Оствальдом. Однак розмір частинок обмежений, оскільки ці гарячі точки характеризуються екстремальними швидкостями охолодження, що означає, що температура реакційного середовища падає протягом мілісекунд.
Відомо, що ультразвук синтезує MOFs швидко в м'яких умовах процесу, таких як без розчинників, при кімнатній температурі та під тиском навколишнього середовища. Дослідження показали, що MOFs можуть бути вироблені економічно ефективно при високій врожайності за допомогою сонохімічного маршруту. Нарешті, сонохімічний синтез MOFs є зеленим, екологічно чистим методом.

Підготовка МОФ-5

У дослідженні Wang et al. (2011), Zn₄О[1,4-бензолдікарбоксилат]₃ був синтезований за допомогою сонохімічного методу. 1,36 г H₂BDC і 4,84 г Zn(НІ₃)₂·6 год₂O були внутрішньо розчинені в 160 мл DMF. Потім в суміш під ультразвуковим опроміненням додали 6,43 г TEA. Через 2 год безбарвний осад збирали шляхом фільтрації і промивали ДМФ. Тверду речовину сушили при температурі 90 ° C у вакуумі, а потім зберігали у вакуумному ексикаторі.

Приготування мікропористого MOF Cu₃(BTC)₂

Li et al. (2009) повідомляють про ефективний ультразвуковий синтез тривимірного (3-D) метало-органічного каркаса (MOF) з 3-D каналами, такими як Cu₃(BTC)₂ (HKUST-1, BTC = бензол-1,3,5-трикарбоксилат). Реакція ацетату міді і Н₃BTC у змішаному розчині DMF/EtOH/H₂O (3:1:2, об/об) при ультразвуковому опроміненні при Температура навколишнього середовища і атмосферний тиск для короткий час реакції (5–60 хв) дав Cu₃(BTC)₂ В висока врожайність, (62.6–85.1%). Ці Cu₃(BTC)₂ Нанокристали мають розміри діапазону розмірів 10–200 нм, які значно Менше ніж ті, що синтезуються за допомогою звичайного сольвотермічного методу. Не було суттєвих відмінностей у фізико-хімічних властивостях, наприклад, у площі поверхні BET, об'ємі пор та ємності зберігання водню, між Cu₃(BTC)₂ Нанокристали, отримані ультразвуковим методом, а мікрокристали отримані за допомогою вдосконаленого сольвотермічного методу. У порівнянні з традиційними синтетичними методами, такими як метод дифузії розчинників, гідротермальні та сольвотермальні методи, ультразвуковий метод побудови пористих MOF виявився високим Ефективним і Більш екологічна.

Приготування одновимірного Mg(II) MOF

Tahmasian et al. (2013) повідомляють про Ефективним, невисока вартість,і екологічно чистий шлях для створення 3D супрамолекулярного метало-органічного каркаса (MOF) на основі MgII, {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1,5 год₂O}_N (H3L = 4,5-імідазол-дикарбонова кислота) за допомогою ультразвукового шляху.
Наноструктурований {[Mg(HIDC)(H₂O)₂]⋅1,5 год₂O}_N був синтезований за допомогою наступного сонохімічного маршруту. Для приготування нанорозмірних {[Mg(HIDC)(H2O)2]⋅1.5H₂O}n (1), 20 мл розчину ліганду Н₃IDC (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) вибрані смуги: 3383 (ш), 3190 (ш), 1607 (бр), 1500 (м), 1390 (с), 1242 (м), 820 (м), 652 (м)).
Для вивчення впливу концентрації вихідних реагентів на розмір і морфологію наноструктурованої сполуки вищезазначені процеси проводилися при наступних умовах концентрації вихідних реагентів: [HL2−] = [Mg2+] = 0,025 М.

Соносинтез флуоресцентних мікропористих MOF

Цю та ін. (2008) знайшли сонохімічний шлях для швидкого синтезу флуоресцентного мікропористого MOF, Zn₃(BTC)₂⋅12 ГОДИН₂O (1) та селективне зондування органоамінів за допомогою нанокристалів 1. Результати показують, що ультразвуковий синтез є простим, ефективним, недорогим та екологічно чистим підходом до нанорозмірних МОФ.
МОФ 1 було синтезовано ультразвуковим методом при кімнатній температурі та атмосферному тиску для різних часів реакції - 5, 10, 30 та 90 хв, відповідно. Також було проведено контрольний експеримент для синтезу сполуки 1 гідротермальним методом, а структури підтверджено ІЧ-спектроскопією, елементним аналізом та Рітвельд-аналізом порошкових рентгенограм з використанням програм WinPLOTR та Fullprof.¹³. Дивно, але реакція дигідрату ацетату цинку з бензен-1,3,5-трикарбонової кислотою (Н₃BTC) у 20% етанолі у воді (v/v) під дією ультразвукового опромінення при кімнатній температурі і тиску протягом 5 хв давав 1 з надзвичайно високим виходом (75,3%, на основі H₃BTC). Крім того, вихід 1 поступово збільшувався з 78,2% до 85,3% при збільшенні часу реакції з 10 до 90 хв. Цей результат свідчить про те, що швидкий синтез MOF може бути реалізований з досить високим виходом за допомогою ультразвукової обробки. У порівнянні з гідротермальним синтезом тієї ж сполуки MOF 1, який здійснюється при 140 ° С під високим тиском протягом 24 годин, ультразвуковий синтез виявився високоефективним методом з високим виходом і низькою вартістю.
Оскільки при змішуванні ацетату цинку з H3BTC в тому ж реакційному середовищі при кімнатній температурі і тиску за відсутності ультразвуку не було отримано жодного продукту, можна зробити висновок, що ультразвукова обробка відіграє важливу роль у формуванні MOF 1.
 

Простий синтез надмолекулярних структур за допомогою ультразвукової обробки – Читайте далі!

Знайдіть найкраще сонохімічне обладнання для вашого процесу!

Компанія Hielscher Ultrasonics має багаторічний досвід у розробці та виробництві потужних та надійних ультразвукових апаратів та сонохімічних реакторів. Hielscher задовольняє ваші вимоги до застосування завдяки широкому асортименту ультразвукових пристроїв – з маленького Лабораторні прилади над Стільниця і Пілот Ультразвукові апарати до повного-Промислові системи для сонохімічного виробництва в промислових масштабах. Широкий вибір сонотродів, бустерів, реакторів, проточних комірок, шумозаглушувачів та аксесуарів дозволяє налаштувати оптимальну установку для вашої сонохімічної реакції. Сонатори Hielscher дуже надійні, призначені для роботи в режимі 24/7 і потребують лише незначного технічного обслуговування.