发现和现场结晶研究基于的金属有机框架与V形链接分子

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 无机化学 无机化学
• 晶体学 晶体学是指结晶学.

背景情况:

• 金属有机框架 (MOFs) 提供可调节的孔隙性和高表面积,使它们成为气体存储和分离的前景.
• 基于的MOF由于的氧化还原特性引起了人们的兴趣,但在合成过程中控制其氧化状态可能具有挑战性.
• V形有机连接器为MOF结构提供了独特的结构图案.

研究的目的:

• 合成和描述基于多孔的新型金属有机框架 (MOFs).
• 使用现场技术研究Ce(III) -MOFs的形成机制.
• 探索合成的MOFs的气体吸附特性和热稳定性.

主要方法:

• 在乙二中使用V形链接分子 (4,4'-硫烯基二酸盐和4,4'-氧化烯基二酸盐) 的溶热合成.
• 使用3D电子衍射 (3D ED) 和粉末X射线衍射 (PXRD) 的结构确定.
• 通过PXRD进行表征,元素分析,NMR,IR光谱,X射线吸收近边缘结构 (XANES),X射线光电子光谱 (XPS) 和热分析 (TGA).
• 气体吸附测量 (N2,Ar,CO2) 和非局部密度函数理论 (NL-DFT) 的计算.
• 在现场XANES/XRD研究监测MOF形成.

主要成果:

• 两个Ce(III) -MOFs,[Ce2(H2O) ((SDB) 3) (1) 和[Ce2 ((hfipbb) 3) (2) ],已成功合成并进行结构特征.
• 框架具有链状的无机建筑单元,由V形连接器相互连接,形成通道类型的孔隙.
• 仅存在于+III氧化状态,这是XANES和XPS证实的,尽管使用了Ce(IV) 前体.
• MOFs具有很高的热稳定性 (≥400°C).
• 化合物2显示了特殊的气体吸附行为,通过Ar和CO2吸附和NL-DFT计算进一步分析.
• 在现场,XANES/XRD在溶热合成过程中发现了Ce (III) 中间体,其中乙酸被确定为Ce (III/IV) -MOF形成的关键.

结论:

• 发现了具有高热稳定性和有趣的气体吸附性质的新型Ce(III) -MOF.
• 合成方法允许控制Ce(III) -MOFs的形成,即使是从Ce(IV) 前体.
• 现场研究阐明了形成机制,突出了酸和Ce (III) 中间体的作用.
• 这些发现有助于理解和设计用于各种应用的基MOF.