(Phys.org) - Des chercheurs de l'Université de Sheffield rapportent un nouveau cadre organo-métallique (MOF) à respiration continue, SHF-61, qui a deux formes différentes spécifiques au solvant, une structure à pores étroits qui est le résultat de DMF ou H 2 O désolvatation et une structure à pores larges qui est le résultat de CHCl 3 désolvatation. La forme à pores larges a montré l'absorption de N 2 , CO 2 , et CH 4 avec sélectivité pour le CO 2 . Ils ont également pu effectuer une analyse de la structure monocristalline de leur MOF pendant les mouvements respiratoires. Leur travail apparaît dans Chimie de la nature .

"La construction modulaire permet aux MOF d'être adaptés à une grande variété d'applications qui exploitent leur porosité à l'échelle moléculaire. Les MOF très flexibles restent rares, mais offrent la possibilité de développer des supports adaptés aux clients. L'identification de nouveaux MOF flexibles peut ouvrir de nombreuses portes pour les applications, en particulier dans le piégeage sélectif et la libération, séparation et détection de molécules, " explique Lee Brammer, qui est professeur de chimie inorganique et solide à l'Université de Sheffield.

"Le comportement flexible du SHF-61 est assez compliqué, mais ce qui a aidé dans ce cas, c'est qu'il s'est avéré possible d'étudier les changements structurels de manière assez détaillée par diffraction des rayons X sur monocristal."

MOF respiratoires, sont des cadres organo-métalliques dont la structure change de manière réversible sous l'effet d'un stimulus externe. Très peu de MOF ont été signalés pour afficher un comportement respiratoire et des MOF connus, la plupart subissent une sorte de changement structurel en raison d'une transition de phase cristalline. Ce changement structurel conduit à une différence dans la taille des pores, lequel, à son tour, permet l'adsorption et la désorption réversibles des invités. Parce que ces MOF subissent un changement de phase, leurs profils d'adsorption (c'est-à-dire isothermes d'adsorption) ressemblent à des marches d'escalier.

Ce qui n'est pas courant parmi les MOF respiratoires est un profil d'adsorption continu plutôt qu'un escalier. MOFs à respiration continue, tels que MIL-88, se sont avérés difficiles à isoler et à étudier. Cet article présente des études XRD sur monocristaux et sur poudre de MOF SHF-61 à respiration continue.

SHF-61, ou moi 2 NH 2 )[Dans(ABDC) 2 ], où ABDC est le 2-aminobenzène-1, 4-dicarboxylate, a un métal In(III) coordonné aux carboxylates qui servent de charnières pour le mécanisme de respiration continue. Les auteurs soulignent que la charnière provient de la rotation des ligands ABDC autour de l'O—O des carboxylates. Ceci s'accompagne de changements dans la géométrie de coordination autour de In(III). La combinaison des deux mouvements permet la respiration continue.

Spécifiquement, In(III) est chélaté en quatre ligands ABDC fournissant une géométrie tétraédrique aplatie autour du centre métallique. La charpente anionique résultante a des pores en forme de losange, qui contiennent des cations diméthylammonium qui équilibrent la charge. La taille des pores dépend largement du solvant. Carrington et al. formes solvatées isolées du MOF, SHF-61-DMF et SHF-61-CHCl 3 , et démontré comment l'élimination de chaque solvant affecte la taille des pores, et donc l'adhésion des clients, différemment. L'élimination du DMF à interaction plus forte entraîne un rétrécissement des pores tandis que l'élimination du CHCl à interaction plus faible 3 laisse les pores complètement ouverts.

Après chauffage SHF-61-CHCl 3 pour éliminer le solvant, il présentait un comportement isotherme d'adsorption de type I pour N 2 et Cie 2 . C'était comme prévu dans les études précédentes. Quoi de neuf pour cette étude, bien que, était-ce CH 4 a également suivi l'isotherme d'adsorption de type I, mais il a fallu beaucoup plus de temps pour que l'adsorption se produise. Cette différence cinétique permet une adsorption sélective, ce qui a des implications pour les utilisations pratiques telles que les techniques de catalyse et de séparation.

En règle générale, les études avec les MOF sont soit tout soit rien, dans le sens où les mesures d'adsorption sont prises après désolvatation complète du MOF pour déterminer l'absorption totale des invités. SHF-61 a également été étudié pour l'adsorption de gaz en tant que MOF partiellement désolvaté, qui est la première de ce genre d'étude. Le SHF-61-DMF partiellement désolvaté présentait une isotherme en escalier au lieu d'une isotherme d'adsorption de type I typique d'une taille de pores approximativement fixe. Le mécanisme à l'œuvre ici a été identifié par diffraction des rayons X sur poudre in situ et a à voir avec une ouverture soudaine des pores à un CO particulier. 2 seuil de pression.

Finalement, alors que les interactions cation-cadre sont difficiles à étudier, des études cristallographiques montrent que les interactions hôte-cadre et cation-cadre contrôlent le mécanisme de respiration, en particulier si l'invité est capable de surmonter les interactions cation-cadre. Cela explique le modèle d'adsorption en escalier pour le MOF partiellement désolvaté. Alors que l'adsorption du CO 2 est d'abord lent, une fois la pression de CO 2 est suffisamment élevé pour surmonter les interactions cation-cadre, alors les pores s'ouvrent permettant plus de CO 2 à adsorber.

Cette recherche démontre un MOF à respiration continue unique dont les propriétés ont permis des études sans précédent sur le mécanisme et la sélectivité des invités du SHF-61. Cette recherche a des implications pour la détection moléculaire pour la séparation des gaz. Parce que les auteurs ont pu acquérir de nouvelles connaissances sur les MOF à respiration continue, les recherches futures pourraient inclure le développement d'autres MOF de respiration continue.

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