氧气有助于合成金属有机骨架

金属有机骨架或 MOF 由周期性被有机桥接分子包围的金属离子组成，这些混合晶体骨架具有笼状中空结构。这种独特的结构基序为能量存储、化学转化、光电子学、化学电阻传感和(光)电催化等一系列应用提供了巨大的潜力。MOF 于 2000 年代初首次亮相，是一种迷人的纳米材料。尽管有许多应用利用 MOF，但人们对氧在 MOF 合成中的作用知之甚少。

由 Rodney S. Ruoff 主任和高级化学家 Yi Jiang 博士领导，来自蔚山国立科学技术研究院 (UNIST) 基础科学研究所 (IBS) 多维碳材料中心 (CMCM) 的化学家与他们在 UNIST 和成均馆大学 (SKKU) 的同事已经确定了氧气如何影响新型 MOF的合成;铜 1,3,5-triamino-2,4,6-benznetriol 金属有机骨架 [Cu 3 (TABTO) 2 -MOF ]。他们的研究结果发表在《化学学会杂志》最近的一篇文章中。

“由于有机氧化还原活性配体通常对氧气敏感，因此在许多有机反应中不利于氧气的存在。然而，氧气可以帮助合成一些基于氧化还原活性配体的 MOF，但许多化学家没有意识到这个，”该研究的第一作者 Yi Jiang 博士指出。合成的2-d研究者缀合MX2Y2型(M =金属，X，Y = N，S，O，和X≠Y)的Cu 3(TABTO)2基于氧化还原活性配体-MOF(1,3- ,5-三氨基-2,4,6-苯三醇)。通过比较空气和惰性气体(氩气)中的实验结果，确定了氧气在该 MOF 合成中的作用：纯 Cu 3 (TABTO) 2 -MOF在氧气存在下产生，但 Cu 3 (TABTO) )如果不存在氧，则2 -MOF 与铜金属一起形成。姜博士补充说：“我们的研究表明，氧会阻止这些配体将铜(I 和 II)离子还原为铜金属，从而促进纯 MOF 的合成。”

他们还发现，由于形成了 CuI 和载流子，Cu 3 (TABTO) 2 -MOF在被碘化学氧化后变得导电。它原本是一种几乎不导电的绝缘体。碘掺杂在空气中合成的 Cu 3 (TABTO) 2 -MOF颗粒中产生每厘米 0.78 西门子的电导率。进一步的实验和分析发现了材料的金属特性。

通过详细的密度泛函理论 (DFT) 计算对结构进行建模，研究人员还通过 X 射线衍射、漫反射 UV-vis、X 射线光电子、电子顺磁共振和拉曼光谱对这种二维 MOF 的结构进行了实验研究.

“我们的工作有助于从根本上理解氧在基于氧化还原活性配体的 MOF 合成中的作用，并且应该激发社区更多地关注氧在基于氧化还原活性配体的 MOF 合成中的作用，”该研究的通讯作者 Rodney S. Ruoff 主任说。姜博士进一步解释说：“该领域的大部分工作都集中在基于氧化还原活性配体的 MX4 型(M = 金属，X = N、O 或 S)MOF 的合成上。合成新型导电 MOF不是 MX4 型是既具有挑战性又有意义的工作。合成的和掺碘的 Cu 3 (TABTO) 2-MOF 可能在催化和能源相关应用中有用。”

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