Oxygen kan gøre en tjeneste for at syntetisere metalorganiske rammer

Metal-organiske rammer, eller MOF'er, er sammensat af metalioner periodisk omgivet af organiske brodannende molekyler, og disse hybride krystallinske rammer har en burlignende hul struktur. Dette unikke strukturmotiv giver et stort potentiale til en række anvendelser inden for energilagring, kemiske omdannelser, optoelektronik, kemiresistiv sansning, og (foto)elektrokatalyse, blandt andre. Debuterede i begyndelsen af ​​2000'erne, MOF'er er et fascinerende nanomateriale. Selvom adskillige applikationer udnytter MOF'er, lidt har været kendt om, hvordan oxygen kan fungere i syntesen af ​​MOF'er.

Ledet af direktør Rodney S. Ruoff og senior kemiker Dr. Yi Jiang, kemikere fra Center for Multidimensional Carbon Materials (CMCM) i Institute for Basic Science (IBS) placeret ved Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) i samarbejde med deres kolleger ved UNIST og Sungkyunkwan University (SKKU) har identificeret, hvordan ilt påvirker syntesen af ​​en ny MOF; kobber 1, 3, 5-triamino-2, 4, 6-benznetriol metal-organisk skelet [Cu ₃ (TABTO) ₂ -MOF]. Deres resultater blev offentliggjort i en nylig artikel i Journal of the American Chemical Society .

"Da organiske redoxaktive ligander normalt er følsomme over for ilt, tilstedeværelsen af ​​ilt er ikke begunstiget i mange organiske reaktioner. Imidlertid, oxygen kan være nyttigt til syntesen af ​​nogle redox-aktive ligand-baserede MOF'er, men mange kemikere var ikke klar over dette, " bemærker Dr. Yi Jiang, undersøgelsens første forfatter. Forskerne syntetiserede en 2-D konjugeret MX2Y2-type (M =metal, X, Y =N, S, Åh, og X ≠ Y) Cu ₃ (TABTO) ₂ -MOF baseret på en redoxaktiv ligand (1, 3, 5-triamino-2, 4, 6-benzentriol). Ilts rolle i syntesen af ​​denne MOF blev identificeret ved at sammenligne resultaterne fra eksperimenter i luft og inert gas (argon):Pure Cu ₃ (TABTO) ₂ -MOF blev produceret i nærvær af ilt, men Cu ₃ (TABTO) ₂ -MOF sammen med kobbermetal blev dannet, hvis ilt var fraværende. Dr. Jiang tilføjer, "Vores undersøgelse tyder på, at oxygen forhindrer disse ligander i at reducere Cu (I og II) ioner til Cu metal, lette syntesen af ​​en ren MOF."

De afslørede også, at Cu ₃ (TABTO) ₂ -MOF blev elektrisk ledende efter at være blevet kemisk oxideret af jod på grund af dannelsen af ​​CuI og bærere. Det er oprindeligt en isolator med næsten ingen elektrisk ledningsevne. Jod-doping genererer 0,78 siemens pr. centimeter elektrisk ledningsevne i Cu ₃ (TABTO) ₂ -MOF pellet, der blev syntetiseret i luft. Yderligere eksperimenter og analyser fandt materialernes metalliske egenskaber.

Modellering af strukturen via detaljerede tæthedsfunktionsteori (DFT) beregninger, forskerne undersøgte også eksperimentelt strukturen af ​​denne 2-D MOF gennem røntgendiffraktion, diffus reflektans UV-vis, røntgen fotoelektron, elektron paramagnetisk resonans, og Raman-spektroskopier.

"Vores arbejde bidrog til en grundlæggende forståelse af iltens rolle i syntesen af ​​redoxaktive ligander-baserede MOF'er, og bør inspirere samfundet til at være mere opmærksom på den rolle, oxygen kan spille i syntese af redox-aktive ligander-baserede MOF'er, " siger direktør Rodney S. Ruoff, den tilsvarende forfatter til undersøgelsen. Dr. Jiang forklarer yderligere, "Det meste arbejde på dette område fokuserede på syntesen af ​​MX4-typen (M =metal, X =N, Åh, eller S) MOF'er baseret på redoxaktive ligander. Syntesen af ​​nye elektrisk ledende MOF'er, der ikke er MX4-typen, er både udfordrende og meningsfuldt arbejde. Både det syntetiserede og jod-doterede Cu ₃ (TABTO) ₂ -MOF'er kan være nyttige i katalyse og energirelaterede applikationer."