Влияние лазерного излучения на формирование металл-органического координационного полимера MIL-53(Fe)
- Authors: 1,2, 1, 1,2, 1
-
Affiliations:
- Самарский филиал Физического института им. П.Н. Лебедева РАН
- Самарский национальный исследовательский университет
- Issue: Vol 1 (2022)
- Pages: 239-240
- Section: Физика
- URL: https://journals.eco-vector.com/osnk-sr/article/view/107873
- ID: 107873
Cite item
Full Text
Abstract
Обоснование. Металл-органические координационные полимеры (МОКП) — это класс полимеров, содержащих ионы металла и органических молекул, которые связаны в трехмерную периодическую структуру. МОКП привлекли внимание в течение последних двух десятилетий из-за возможностей структурного дизайна новых соединений, широкого спектра функциональных свойств: контролируемой пористости, большой площади поверхности и электрохимических свойств.
За последнее десятилетие было опубликовано множество обзоров, посвященных функциональным свойствам полученных МОКП: хранению газов [1], селективному разделение газов [2], адресной доставке лекарств [3], определению качества воды [4], катализу, люминесценции [5], генерации второй гармоники [6] и электрохимическим применениям [7]. Основная проблема — научиться синтезировать такие полимеры.
Цель — получить металл-органический полимер путем лазерного облучения раствора исходных веществ.
Методы. За основу был взят эксперимент, предложенный Ниной Армон, Эхудом Гринбергом и Итаном Эдри [8]. Был выбран МОКП полимер MIL-53(Fe), который получают путем синтеза раствора неорганической соли FeCl3 и органического лиганда N,N-диметилформамид (ДМФА).
Синтез проходит в два этапа. На первом этапе исходный раствор нагревают в термостате с целью формирования центров кристаллизации (зародышей). На втором этапе осуществляется процесс роста кристаллов желаемого полимера под воздействием лазерного облучения. Нагретый в термостате раствор после охлаждения до комнатной температуры помещается между двумя покровными стеклами, на нижнем из которых нанесена парафилмовая пленка, благодаря которой раствор не стекал с поверхности стекла. Облучение лазером (λ = 405 нм, P = 0,5 Вт) провоцирует синтез МОКП из центров кристаллизации. Облучение длится порядка 10 мин. Лазер зафиксирован. Предметный столик микроскопа подвижен, благодаря чему можно управлять движением образца относительно лазерного пучка и тем самым формировать микрорельеф координационного полимера.
Экспериментальная схема лазерной установки состоит из лазера; фокусирующей линзы; дихроичного зеркала; объектива 8x; исследуемого образца, расположенного на подвижном столике микроскопа; фильтра, отсекающего часть интенсивности лазерного пучка; камеры-объектива (см. рисунок).
Рис. Схема экспериментальной лазерной установки: 1 — лазер 405 нм; 2 — камера-окуляр; 3 — фильтр; 4 — дихроичное зеркало; 5 — восьмикратный объектив; 6 — покровное стекло; 7 — раствор; 8 — лампа микроскопа
Результаты. После лазерного облучения исходного раствора образовался микрорельеф. Рентгенофазовый анализ (РФА) подтвердил, что полученное вещество является металл-органическим координационным полимером MIL-53(Fe).
Выводы. В работе создана экспериментальная установка для синтеза МОКП, синтезирован металл-органический полимер из неорганической соли и органического лиганда. Направление роста кристаллов под действием лазерного излучения закладывает фундаментальную основу для простой, экологичной и эффективной методики рационального дизайна и синтеза разнообразных металл-органических каркасов в будущем.
Full Text
Обоснование. Металл-органические координационные полимеры (МОКП) — это класс полимеров, содержащих ионы металла и органических молекул, которые связаны в трехмерную периодическую структуру. МОКП привлекли внимание в течение последних двух десятилетий из-за возможностей структурного дизайна новых соединений, широкого спектра функциональных свойств: контролируемой пористости, большой площади поверхности и электрохимических свойств.
За последнее десятилетие было опубликовано множество обзоров, посвященных функциональным свойствам полученных МОКП: хранению газов [1], селективному разделение газов [2], адресной доставке лекарств [3], определению качества воды [4], катализу, люминесценции [5], генерации второй гармоники [6] и электрохимическим применениям [7]. Основная проблема — научиться синтезировать такие полимеры.
Цель — получить металл-органический полимер путем лазерного облучения раствора исходных веществ.
Методы. За основу был взят эксперимент, предложенный Ниной Армон, Эхудом Гринбергом и Итаном Эдри [8]. Был выбран МОКП полимер MIL-53(Fe), который получают путем синтеза раствора неорганической соли FeCl3 и органического лиганда N,N-диметилформамид (ДМФА).
Синтез проходит в два этапа. На первом этапе исходный раствор нагревают в термостате с целью формирования центров кристаллизации (зародышей). На втором этапе осуществляется процесс роста кристаллов желаемого полимера под воздействием лазерного облучения. Нагретый в термостате раствор после охлаждения до комнатной температуры помещается между двумя покровными стеклами, на нижнем из которых нанесена парафилмовая пленка, благодаря которой раствор не стекал с поверхности стекла. Облучение лазером (λ = 405 нм, P = 0,5 Вт) провоцирует синтез МОКП из центров кристаллизации. Облучение длится порядка 10 мин. Лазер зафиксирован. Предметный столик микроскопа подвижен, благодаря чему можно управлять движением образца относительно лазерного пучка и тем самым формировать микрорельеф координационного полимера.
Экспериментальная схема лазерной установки состоит из лазера; фокусирующей линзы; дихроичного зеркала; объектива 8x; исследуемого образца, расположенного на подвижном столике микроскопа; фильтра, отсекающего часть интенсивности лазерного пучка; камеры-объектива (см. рисунок).
Рис. Схема экспериментальной лазерной установки: 1 — лазер 405 нм; 2 — камера-окуляр; 3 — фильтр; 4 — дихроичное зеркало; 5 — восьмикратный объектив; 6 — покровное стекло; 7 — раствор; 8 — лампа микроскопа
Результаты. После лазерного облучения исходного раствора образовался микрорельеф. Рентгенофазовый анализ (РФА) подтвердил, что полученное вещество является металл-органическим координационным полимером MIL-53(Fe).
Выводы. В работе создана экспериментальная установка для синтеза МОКП, синтезирован металл-органический полимер из неорганической соли и органического лиганда. Направление роста кристаллов под действием лазерного излучения закладывает фундаментальную основу для простой, экологичной и эффективной методики рационального дизайна и синтеза разнообразных металл-органических каркасов в будущем.
About the authors
Самарский филиал Физического института им. П.Н. Лебедева РАН; Самарский национальный исследовательский университет
Email: romanbikmurzin.smr@yandex.ru
студент, группа 4402-030302D, физический факультет
Russian Federation, Самара; СамараСамарский филиал Физического института им. П.Н. Лебедева РАН
Email: aleksandrov_ev1@mail.ru
старший научный сотрудник, кандидат химических наук
Russian Federation, СамараСамарский филиал Физического института им. П.Н. Лебедева РАН; Самарский национальный исследовательский университет
Email: kotova@fian.smr.ru
заведующая лабораторией когерентной оптики, кандидат физико-математических наук
Russian Federation, Самара; СамараСамарский филиал Физического института им. П.Н. Лебедева РАН
Author for correspondence.
Email: losevsky@fian.smr.ru
научный сотрудник
Russian Federation, СамараReferences
- Sumida K., Rogow D.L., Mason J.A., et al. Carbon Dioxide Capture in Metal–Organic Frameworks // Chem Rev. 2012. Vol. 112, No. 2. P.724–781. doi: 10.1021/cr2003272
- Li J.-R., Sculley J., Zhou H.-C. Metal–Organic Frameworks for Separations // Chem Rev. 2012. Vol. 112, No. 2. P. 869–932. doi: 10.1021/cr200190s
- Feng S., Zhang X., Shi D., Wang Z. Zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) for drug delivery // Front Chem Sci Eng. 2021. Vol. 15. P. 221–237. doi: 10.1007/s11705-020-1927-8
- phys.org [Электронный ресурс]. MOF-based sensor for water quality testing // Phys.org [дата обращения: 26.05.2021]. Доступ по ссылке: https://phys.org/news/2021-04-mof-based-sensor-quality.html
- Cui Y., Yue Y., Qian G., Chen B. Luminescent Functional Metal–Organic Frameworks // Chem Rev. 2012. Vol. 112, No. 2. P. 1126–1162. doi: 10.1021/cr200101d
- Wang C., Zhang T., Lin W., Rational Synthesis of Noncentrosymmetric Metal–Organic Frameworks for Second-Order Nonlinear Optics // Chem Rev. 2012. Vol. 112, No. 2. P. 1084–1104. doi: 10.1021/cr200252n
- Morozan A., Jaouen F. Metal organic frameworks for electrochemical applications // Energy Environ Sci. 2012. Vol. 5, No. 11. P. 9269–9290. doi: 10.1039/c2ee22989g
- Armon N., Greenberg E., Edri E., et al. Simultaneous laser-induced synthesis and micro-patterning of a metal organic framework // Chem Commun. 2019. Vol. 55. P. 12773–12776. doi: 10.1039/C9CC05990C
Supplementary files
