ХКУСТ-1



1 ( Гонконгский университет - ⇒ науки технологий , и HKUST HKUST ) [ 1 ] который еще называют МОФ-199, [ 2 ] — материал класса металлоорганических каркасов (МОФ). Металлоорганические каркасы представляют собой кристаллические материалы, в которых металлы связаны лигандами (так называемыми линкерными молекулами) с образованием повторяющихся координационных мотивов, простирающихся в трех измерениях. Каркас HKUST-1 состоит из димерных металлических звеньев, которые соединены линкерными молекулами бензол-1,3,5-трикарбоксилата . Блок гребного колеса - это обычно используемый структурный мотив для описания координационной среды металлоцентров, который также называется вторичной строительной единицей (SBU) структуры HKUST-1. Лопастное колесо состоит из четырех молекул-линкеров бензол-1,3,5-трикарбоксилата, которые соединяют два металлических центра. Одна молекула воды координируется с каждым из двух металлических центров в осевом положении лопастного блока в гидратированном состоянии, которое обычно находится при обращении с материалом на воздухе. После процесса активации (нагрев, вакуум ) эти молекулы воды могут быть удалены (дегидратированное состояние) и координационное место у атомов металла останется незанятым. Этот незанятый координационный сайт называется координационно-ненасыщенным сайтом (CUS) и может быть доступен другим молекулам.
Структурные аналоги
[ редактировать ]Монометаллические аналоги ХКУСТ-1
[ редактировать ]С 2+ был использован в качестве металлоцентра в первом синтезированном материале HKUST-1, [ 1 ] но структура HKUST-1 была получена и с другими металлами. Степень окисления большинства используемых металлов +II, что приводит к нейтральной общей структуре. В случае трехвалентных металлов (степень окисления +3) весь каркас заряжен положительно и требует, чтобы анионы компенсировали заряд и гарантировали нейтральность заряда. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
Металлический центр и
степень окисления |
Год первого
публикация |
Альтернатива
имя |
Цитирование |
---|---|---|---|
С 2+ | 1999 | Cu 3 BTC 2
CuBTC |
[ 1 ] [ 6 ] |
Мо 2+ | 2006 | ТУДМОФ-1 | [ 7 ] |
Фе 2+/3+ | 2007 | [ 5 ] | |
Кр 2+ | 2010 | [ 8 ] | |
В 2+ | 2011 | [ 9 ] | |
Зн 2+ | 2011 | [ 10 ] | |
Ру 2+/3+ | 2011 | [ 4 ] | |
Мин. 2+ | 2012 | [ 11 ] | |
Фе 2+ | 2012 | [ 11 ] | |
Ко 2+ | 2012 | [ 11 ] | |
Фе 3+ | 2014 | [ 3 ] | |
Ру 2+ | 2016 | [ 12 ] | |
Фе 2+ | 2019 | [ 13 ] |
Смешанно-металлические аналоги HKUST-1
[ редактировать ]Помимо монометаллических аналогов HKUST-1 было синтезировано несколько смешанных металлических материалов HKUST-1, в которых два металла включены в структуру каркаса в кристаллографически эквивалентных позициях. Включение двух металлов может быть достигнуто путем использования обоих металлов для синтеза (прямой синтез) или путем использования постсинтетического обмена металлов . Для постсинтетического обмена металлов на первом этапе синтезируют монометаллический материал HKUST-1. Впоследствии этот монометаллический HKUST-1 суспендируют в растворе, содержащем второй металл, что приводит к обмену металлоцентров в каркасе, что приводит к образованию смешанного металлического HKUST-1.
Металлоцентры и
степени окисления |
Соотношения металлов
[-] |
Метод синтеза | Цитирование |
---|---|---|---|
С 2+ / Зн 2+ | 0.99 : 0.01 | Прямой синтез | [ 14 ] |
0.99 : 0.01
0.97 : 0.03 0.95 : 0.05 0.90 : 0.10 0.79 : 0.21 |
[ 15 ] | ||
0.95 : 0.05
0.90 : 0.10 |
Прямой синтез
шаровая мельница (механохимическая) |
[ 16 ] | |
С 2+ / В 2+ | 0.70 : 0.30
0.50 : 0.50 0.20 : 0.80 |
Прямой синтез | [ 17 ] |
С 2+ / Ру 3+ | 0.92 : 0.08 | Прямой синтез | [ 18 ] |
С 2+ / В + | не сообщается | Постсинтетический металлообмен | [ 19 ] |
С 2+ / Мин 2+ | 0.94 : 0.06 | Постсинтетический металлообмен | [ 20 ] |
С 2+ / Фе 3+ | 0.86 : 0.14 | Постсинтетический металлообмен | [ 20 ] |
С 2+ / Ко 2+ | 0.74 : 0.26 | Постсинтетический металлообмен | [ 20 ] |
С 2+ / Пд 2+ | 0.91 : 0.09
0.86 : 0.14 0.80 : 0.20 |
Прямой синтез | [ 21 ] |
0.81 : 0.19
0.59 : 0.41 |
[ 22 ] | ||
Ру 2+/3+ / резус 2+ | 0.95 : 0.05
0.89 : 0.11 0.79 : 0.21 0.47 : 0.53 0.24 : 0.76 0.03 : 0.97 |
Прямой синтез | [ 23 ] |
С 2+ / Фе 3+ | 0.69 : 0.31 | Прямой синтез | [ 24 ] |
С 2+ / Зн 2+ / Пн 6+ | 0.80 : 0.15 : 0.05
0.70 : 0.15 : 0.15 0.55 : 0.15 : 0.30 |
Прямой синтез
шаровая мельница (механохимическая) |
[ 16 ] |
Теоретически рассчитанные аналоги ХКУСТ-1
[ редактировать ]Несколько аналогов HKUST-1 уже синтезировано, но несколько исследовательских групп исследовали свойства структуры HKUST-1 посредством теоретических расчетов. [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] Для этого на теоретическом уровне в каркас были включены дополнительные металлоцентры, не использованные для синтеза (например, Sc, V, Ti, W, Cd). [ 27 ] [ 28 ] Сообщалось также о теоретических исследованиях смеси металлов HKUST-1, содержащей Cu в сочетании с различными другими металлами (например, W, Re, Os, Ir, Pt, Au), из которых несколько комбинаций металлов не были синтезированы. [ 29 ] [ 30 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Чуй, СС (19 февраля 1999 г.). «Химически функционализируемый нанопористый материал [Cu3(TMA)2(H2O)3]n». Наука . 283 (5405): 1148–1150. Бибкод : 1999Sci...283.1148C . дои : 10.1126/science.283.5405.1148 . ПМИД 10024237 .
- ^ Бритт, Д.; Траншмонтань, Д.; Яги, О.М. (19 августа 2008 г.). «Металорганические каркасы с высокой производительностью и селективностью по вредным газам» . Труды Национальной академии наук . 105 (33): 11623–11627. Бибкод : 2008PNAS..10511623B . дои : 10.1073/pnas.0804900105 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 2575308 . ПМИД 18711128 .
- ^ Jump up to: а б Sotnik, S. A.; Kolotilov, S. V.; Kiskin, M. A.; Dobrokhotova, Zh. V.; Gavrilenko, K. S.; Novotortsev, V. M.; Eremenko, I. L.; Imshennik, V. K.; Maksimov, Yu. V.; Pavlishchuk, V. V. (April 2014). "Synthesis, crystal structure, and physicochemical properties of the new metal-organic framework — the iron(iii) complex with benzene-1,3,5-tricarboxylate". Russian Chemical Bulletin . 63 (4): 862–869. doi : 10.1007/s11172-014-0522-x . ISSN 1066-5285 . S2CID 95858713 .
- ^ Jump up to: а б Козачук Олеся; Юсенко Кирилл; Ной, Хешмат; Ван, Юэмин; Валлек, Стефан; Глейзер, Торстен; Фишер, Роланд А. (2011). «Сольвотермический рост рутениевого металлоорганического каркаса со структурным типом HKUST-1 в виде тонких пленок на оксидных поверхностях» . Химические коммуникации . 47 (30): 8509–11. дои : 10.1039/c1cc11107h . ISSN 1359-7345 . ПМИД 21716991 .
- ^ Jump up to: а б Се, Линьхуа; Лю, Шуся; Гао, Чаоин; Цао, Руиге; Цао, Цзяньфан; Сунь, Чуньянь; Су, Чжунминь (15 августа 2007 г.). «Тримесаты железа (II, III) смешанной валентности с открытыми каркасами, модулированными растворителями». Неорганическая химия . 46 (19): 7782–7788. дои : 10.1021/ic062273m . ISSN 0020-1669 . ПМИД 17696421 .
- ^ Мин Ван, Цин; Шен, Донмин; Бюлов, Мартин; Линг Лау, Миу; Дэн, Шугуан; Фитч, Фрэнк Р.; Лемкофф, Норберто О; Семансин, Джессика (16 сентября 2002 г.). «Металлоорганические молекулярные сита для разделения и очистки газов». Микропористые и мезопористые материалы . 55 (2): 217–230. дои : 10.1016/S1387-1811(02)00405-5 .
- ^ Крамер, Маркус; Шварц, Ульрих; Каскель, Стефан (2006). «Синтез и свойства металлоорганического каркаса Mo3(BTC)2 (ТУДМОФ-1)» . Журнал химии материалов . 16 (23): 2245. doi : 10.1039/b601811d . ISSN 0959-9428 .
- ^ Мюррей, Лесли Дж.; Динка, Мирча; Яно, Джунко; Чаван, Сачин; Бордига, Сильвия; Браун, Крейг М.; Лонг, Джеффри Р. (16 июня 2010 г.). «Высокоселективное и обратимое связывание O 2 в Cr 3 (1,3,5-бензолтрикарбоксилате) 2». Журнал Американского химического общества . 132 (23): 7856–7857. дои : 10.1021/ja1027925 . ISSN 0002-7863 . ПМИД 20481535 .
- ^ Маниам, Паланикумар; Сток, Норберт (6 июня 2011 г.). «Исследование пористых металлоорганических каркасов на основе никеля, содержащих неорганические строительные элементы лопастного типа, высокопроизводительными методами». Неорганическая химия . 50 (11): 5085–5097. дои : 10.1021/ic200381f . ISSN 0020-1669 . ПМИД 21539354 .
- ^ Фельдблюм, Джереми И.; Лю, Мин; Гидли, Дэвид В.; Мацгер, Адам Дж. (16 ноября 2011 г.). «Устранение несоответствий между кристаллографической пористостью и гостевым доступом на примере Zn-HKUST-1». Журнал Американского химического общества . 133 (45): 18257–18263. дои : 10.1021/ja2055935 . ISSN 0002-7863 . ПМИД 22011056 .
- ^ Jump up to: а б с Чжан, Чжэньцзе; Чжан, Линьпин; Войтас, Лукаш; Эддауди, Мохамед; Заворотко, Майкл Дж. (18 января 2012 г.). «Матричный синтез сетей на основе октахемиоктаэдрических клеток, инкапсулирующих каталитически активные металлопорфирины». Журнал Американского химического общества . 134 (2): 928–933. дои : 10.1021/ja208256u . ISSN 0002-7863 . ПМИД 22208770 .
- ^ Чжан, Вэньхуа; Фрайтаг, Керстин; Ваннапайбун, Суттипонг; Шнайдер, Кристиан; Эпп, Константин; Кислих, Грегор; Фишер, Роланд А. (19 декабря 2016 г.). «Разработка высокопористого Ru II,II аналога HKUST-1». Неорганическая химия . 55 (24): 12492–12495. doi : 10.1021/acs.inorgchem.6b02038 . ISSN 0020-1669 . ПМИД 27989180 .
- ^ Юэ, Яньфэн; Арман, Хади; Чен, Банглин (17 мая 2019 г.). «Безвоздушный синтез железометаллоорганического каркаса со структурой HKUST-1 и его мессбауэровским спектром». Журнал неорганической и общей химии . 645 (11): 797–800. дои : 10.1002/zaac.201900066 . ISSN 1521-3749 . S2CID 182860287 .
- ^ Господи, Беттина; Эйзингер, Конрад; Гуль-Э-Нур, Фархана; Бертмер, Марко; Хартманн, Мартин; Химсль, Дитер; Пеппль, Андреас (07 октября 2010 г.). «Спектроскопия непрерывного и импульсного электронного спинового резонанса парамагнитных каркасных ионов меди в легированном Zn (II) пористом координационном полимере Cu 3- x Zn x (btc) 2». Журнал физической химии C. 114 (39): 16630–16639. дои : 10.1021/jp105955w . ISSN 1932-7447 .
- ^ Гуль-Э-Нур, Фархана; Господи, Беттина; Мендт, Матиас; Химсль, Дитер; Пеппль, Андреас; Хартманн, Мартин; Хаазе, Юрген; Краутшайд, Харальд; Бертмер, Марко (04 октября 2012 г.). «Формирование смешанных металлических каркасов Cu 3– x Zn x (btc) 2 с различным содержанием цинка: включение Zn 2+ в структуру металл-органический каркас по данным твердотельного ЯМР». Журнал физической химии C. 116 (39): 20866–20873. дои : 10.1021/jp3054857 . ISSN 1932-7447 .
- ^ Jump up to: а б Ли, Су-Гён; Хонг, До-Янг; Чон, Мён Гын; Юн, Джи Ун; Пэ, Чонюн; Ким, Янг Док; Чанг, Чон-Сан; Хван, Ён Кю (15 ноября 2017 г.). «Триметаллический тримесат меди с изоморфно замещенным Mo (VI) и его каталитические свойства». Микропористые и мезопористые материалы . 253 : 223–232. дои : 10.1016/j.micromeso.2017.07.007 .
- ^ Ху, Цзюэ; Ю, Хуэйцзин; Дай, Вэй; Ян, Сяоян; Ху, Синь; Хуан, Хэ (2014). «Усиленное адсорбционное удаление опасного анионного красителя «конго красный» смешанным металлоорганическим пористым материалом Ni/Cu» . РСК Адв . 4 (66): 35124–35130. дои : 10.1039/C4RA05772D . ISSN 2046-2069 .
- ^ Готхардт, Майке А.; Шох, Роланд; Вольф, Силке; Бауэр, Матиас; Кляйст, Вольфганг (2015). «Синтез и характеристика биметаллического металлоорганического каркаса Cu–Ru-BTC со структурой HKUST-1» . Транзакции Далтона . 44 (5): 2052–2056. дои : 10.1039/C4DT02491E . ISSN 1477-9226 . ПМИД 25518915 .
- ^ Сунь, Чжиго; Ли, Банда; Чжан, Юэ; Лю, Хай-оу; Гао, Сюнхоу (10 января 2015 г.). «Ag – Cu – BTC, полученный путем постсинтетического обмена, как эффективный катализатор селективного окисления толуола в бензальдегид». Катализные коммуникации . 59 : 92–96. дои : 10.1016/j.catcom.2014.09.047 .
- ^ Jump up to: а б с Сава Галлис, Дорина Ф.; Паркс, Мари В.; Грейтхаус, Джеффри А.; Чжан, Сяои; Ненофф, Тина М. (24 марта 2015 г.). «Повышенная селективность по O 2 по сравнению с N 2 за счет частичного замещения металла в Cu-BTC». Химия материалов . 27 (6): 2018–2025. дои : 10.1021/см5042293 . ISSN 0897-4756 . ОСТИ 1184988 .
- ^ Чжан, Вэньхуа; Чен, Чжихао; Ан-Наджи, Маджд; Го, Пэнху; Цвик, Стефан; Хальбхерр, Олеся; Ван, Юэмин; Мюлер, Мартин; Уайльд, Николь; Глейзер, Роджер; Фишер, Роланд А. (2016). «Одновременное введение различных активных центров палладия в MOF посредством однореакторного синтеза: Pd@[Cu 3-x Pd x (BTC) 2 ] n» . Транзакции Далтона . 45 (38): 14883–14887. дои : 10.1039/C6DT02893D . ISSN 1477-9226 . ПМИД 27604131 .
- ^ Го, Пэнху; Фрёзе, Кристиан; Фу, Ци; Чен, Йен-Тин; Пэн, Баосян; Кляйст, Вольфганг; Фишер, Роланд А.; Мюлер, Мартин; Ван, Юэмин (20 сентября 2018 г.). «Смешанный металл CuPd HKUST-1 как катализатор аэробного окисления спирта» . Журнал физической химии C. 122 (37): 21433–21440. дои : 10.1021/acs.jpcc.8b05882 . ISSN 1932-7447 . S2CID 105837676 .
- ^ Хайнц, Вернер Р.; Кратки, Тим; Дрис, Маркус; Виммер, Андреас; Томанец, Ондржей; Гюнтер, Себастьян; Шустер, Майкл; Фишер, Роланд А. (2019). «Смешанные металлоорганические каркасы драгоценных групп: пример аналога HKUST-1 [Ru x Rh 3-x (BTC) 2 ]» . Транзакции Далтона . 48 (32): 12031–12039. дои : 10.1039/C9DT01198F . ISSN 1477-9226 . ПМИД 31237287 . S2CID 195355512 .
- ^ Битцер, Йоханнес; Оттербах, Штеффен; Тангавел, Кавиприя; Култаева Анастасия; Шмид, Рохус; Пеппль, Андреас; Кляйст, Вольфганг (11 марта 2020 г.). «Экспериментальные доказательства включения двух металлов в эквивалентные позиции решетки в смешанные металлоорганические каркасы» . Химия – Европейский журнал . 26 (25): 5667–5675. дои : 10.1002/chem.201905596 . ISSN 0947-6539 . ПМЦ 7317703 . ПМИД 31860147 .
- ^ Кетрат, Сомбат; Майхом, Тана; Ваннакао, Сиппакорн; Пробст, Майкл; Нокбин, Сомкиат; Лимтракул, Джумрас (20 ноября 2017 г.). «Координационно-ненасыщенные металлоорганические каркасы M 3 (btc) 2 (M = Cr, Fe, Co, Ni, Cu и Zn), катализирующие окисление CO N 2 O: выводы из расчетов DFT». Неорганическая химия . 56 (22): 14005–14012. doi : 10.1021/acs.inorgchem.7b02143 . ISSN 0020-1669 . ПМИД 29083883 .
- ^ Майхом, Тана; Пробст, Майкл; Лимтракул, Джумрас (2019). «Численное исследование карбонильно-еновой реакции между формальдегидом и пропиленом, инкапсулированными в координационно-ненасыщенные металлорганические каркасы М 3 (бтц) 2 (М = Fe, Co, Ni, Cu и Zn)» . Физическая химия Химическая физика . 21 (5): 2783–2789. Бибкод : 2019PCCP...21.2783M . дои : 10.1039/C8CP06841K . ISSN 1463-9076 . ПМИД 30667007 . S2CID 58540449 .
- ^ Jump up to: а б Паркс, Мари В.; Сава Галлис, Дорина Ф.; Грейтхаус, Джеффри А.; Ненофф, Тина М. (26 марта 2015 г.). «Влияние металла в M 3 (btc) 2 и M 2 (dobdc) MOF для разделения O 2 /N 2: комбинированная теория функционала плотности и экспериментальное исследование». Журнал физической химии C. 119 (12): 6556–6567. дои : 10.1021/jp511789g . ISSN 1932-7447 . ОСТИ 1184990 .
- ^ Jump up to: а б Ху, Тянь-Дин; Цзян, Ян; Дин, И-хун (2019). «Расчетный скрининг металлозамещенных катализаторов ХКУСТ-1 химической фиксации углекислого газа в эпоксиды» . Журнал химии материалов А. 7 (24): 14825–14834. дои : 10.1039/C9TA02455G . ISSN 2050-7488 . S2CID 182378185 .
- ^ Jump up to: а б Чжан, Цюцзюй; Цао, Люджи; Ли, Байхай; Чен, Лян (2012). «Катализируемая активация CO2 с помощью сайта основания Льюиса в гибридных металлоорганических каркасах W – Cu – BTC» . Химическая наука . 3 (9): 2708. дои : 10.1039/c2sc20521a . ISSN 2041-6520 .
- ^ Jump up to: а б Донг, Сюцинь; Лю, Сюйюй; Чен, Ифэй; Чжан, Миньхуа (март 2018 г.). «Скрининг биметаллических M-Cu-BTC MOF на предмет активации CO2 и исследование механизма гидрирования CO2 до муравьиной кислоты: исследование DFT». Журнал использования CO2 . 24 : 64–72. дои : 10.1016/j.jcou.2017.11.014 .