Modulación de coordinación amortiguada como un medio para controlar la morfología cristalina y la difusión molecular...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La cristalografía
• Ingeniería Química

Sus antecedentes:

• Los marcos metálico-orgánicos (MOF) ofrecen entornos químicos ajustables, pero se enfrentan a desafíos en el desarrollo de materiales debido al tamaño y la forma impredecibles de la cristalina.
• El control del crecimiento de los cristales a menudo implica moduladores de coordinación, que pueden alterar inadvertidamente el pH de la solución, complicando el control de la morfología.
• La interacción entre el pH y las especies coordinadoras en la síntesis de MOF sigue siendo un área clave para la investigación.

Objetivo del estudio:

• Para controlar de forma independiente el pH de la reacción durante la síntesis de MOF utilizando amortiguadores no coordinados.
• Aclarar el papel específico de las especies coordinadoras en la influencia del crecimiento y la morfología de los cristales de MOF.
• Establecer una estrategia predictiva para adaptar la forma cristalina del MOF y su impacto en la difusión del huésped.

Principales métodos:

• Se utilizan amortiguadores no coordinadores para mantener un pH constante de 7 durante la síntesis de MOF.
• Cristales simples de baja dispersión de CO2 (dobdc) sintetizados con el uso de acetato de cobalto (II).
• Utilizó cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) para analizar las interacciones de unión del acetato con el cobalto.
• Variadas sales de cobalto (II) con diferentes aniones de carboxilato para estudiar su efecto en la dirección de crecimiento de los cristales.
• Se aplicó cromatografía en columna de longitud cero para evaluar la influencia de la morfología cristalina en la difusión del m-xileno.

Principales resultados:

• Se han sintetizado con éxito cristales únicos uniformes de CO2 (dobdc) mediante el control independiente del pH.
• Los cálculos de DFT confirmaron la unión competitiva del acetato al cobalto durante la cristalización.
• Demostró que variar la fuerza de coordinación de los aniones carboxilados permite el control del crecimiento del cristal a lo largo de la dirección c.
• Se demostró una correlación directa entre la morfología de los cristales de MOF y la longitud de la trayectoria de difusión para el m-xileno.

Conclusiones:

• Los amortiguadores no coordinados proporcionan una herramienta poderosa para desacoplar los efectos del pH de los efectos del modulador en la síntesis de MOF.
• La morfología cristalina influye significativamente en las tasas de difusión del huésped, con implicaciones para las aplicaciones de MOF.
• Este trabajo ofrece información a nivel molecular y una estrategia práctica para controlar la morfología de la cristallita MOF y optimizar las propiedades de difusión.