Figur 1. Strukturen för Cu3(TABTO)2-MOF (kol, kväve, syre, väte, och kopparatomer är grå, blå, röd, vit, och lila, respektive). Kredit:Institutet för grundvetenskap
Metall-organiska ramverk, eller MOF, består av metalljoner som periodvis omges av organiska överbryggande molekyler, och dessa hybridkristallina ramverk har en burliknande ihålig struktur. Detta unika strukturmotiv erbjuder stor potential för en rad applikationer inom energilagring, kemiska omvandlingar, optoelektronik, kemiresistiv avkänning, och (foto)elektrokatalys, bland andra. Debuterade i början av 2000-talet, MOF är ett fascinerande nanomaterial. Även om många applikationer utnyttjar MOF:er, lite har varit känt om hur syre kan fungera i syntesen av MOF.
Leds av direktör Rodney S. Ruoff och senior kemist Dr. Yi Jiang, kemister från Center for Multidimensional Carbon Materials (CMCM) inom Institute for Basic Science (IBS) vid Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) i samarbete med sina kollegor vid UNIST och Sungkyunkwan University (SKKU) har identifierat hur syre påverkar syntesen av en ny MOF; koppar 1, 3, 5-triamino-2, 4, 6-bensnetriol metall-organisk ramverk [Cu 3 (TABTO) 2 -MOF]. Deras resultat publicerades i en nyligen publicerad artikel i Journal of the American Chemical Society .
"Eftersom organiska redoxaktiva ligander vanligtvis är känsliga för syre, närvaron av syre gynnas inte i många organiska reaktioner. Dock, syre kan vara till hjälp för syntesen av vissa redoxaktiva ligandbaserade MOF, men många kemister insåg inte detta, " konstaterar Dr Yi Jiang, studiens första författare. Forskarna syntetiserade en 2D-konjugerad MX2Y2-typ (M =metall, X, Y =N, S, O, och X ≠ Y) Cu 3 (TABTO) 2 -MOF baserad på en redoxaktiv ligand (1, 3, 5-triamino-2, 4, 6-bensentriol). Syrets roll i syntesen av denna MOF identifierades genom att jämföra resultaten från experiment i luft och inert gas (argon):Pure Cu 3 (TABTO) 2 -MOF producerades i närvaro av syre, men Cu 3 (TABTO) 2 -MOF tillsammans med kopparmetall bildades om syre saknades. Dr Jiang tillägger, "Vår studie tyder på att syre hindrar dessa ligander från att reducera Cu (I och II) joner till Cu metall, underlätta syntesen av en ren MOF."
De avslöjade också att Cu 3 (TABTO) 2 -MOF blev elektriskt ledande efter att ha oxiderats kemiskt av jod på grund av bildandet av CuI och bärare. Det är ursprungligen en isolator med nästan ingen elektrisk ledningsförmåga. Joddopningen genererar 0,78 siemens per centimeter elektrisk ledningsförmåga i Cu 3 (TABTO) 2 -MOF-pellets som syntetiserades i luft. Ytterligare experiment och analyser fann materialens metalliska egenskaper.
Modellering av strukturen via detaljerade beräkningar av densitetsfunktionsteori (DFT), forskarna har också experimentellt studerat strukturen av denna 2-D MOF genom röntgendiffraktion, diffus reflektans UV-vis, röntgenfotoelektron, elektron paramagnetisk resonans, och Raman-spektroskopier.
"Vårt arbete bidrog till en grundläggande förståelse av syrets roll i syntesen av redoxaktiva liganderbaserade MOF, och bör inspirera samhället att ägna mer uppmärksamhet åt den roll syre kan spela i syntesen av redoxaktiva liganderbaserade MOF, " säger direktör Rodney S. Ruoff, motsvarande författare till studien. Dr Jiang förklarar vidare, "Det mesta arbetet inom detta område fokuserade på syntesen av MX4-typ (M =metall, X =N, O, eller S) MOF baserat på redoxaktiva ligander. Syntesen av nya elektriskt ledande MOF:er som inte är av MX4-typ är både utmanande och meningsfullt arbete. Både det syntetiserade och joddopade Cu 3 (TABTO) 2 -MOFs kan vara användbara i katalys och energirelaterade tillämpningar."
