10525

مهندسي نقص در چارچوب هاي فلز-آلي

1400

دكتر فرانك منطقي

چارچوب‌هاي فلز-آلي (MOFs) يك كلاس نوظهور از مواد متخلخل بلوري هستند كه از گره‌هاي فلزي معدني و پيوندهاي آلي ساخته شده‌اند. هر ماده جامد (چه آمورف و چه بلورين) درصورتي‌كه آرايش اتم/واحد آن از الگوهاي كامل بلوري تبعيت نكند، معيوب است. نقص ها به‌عنوان ابزاري سودمند براي تغيير دادن يا اصلاح كردن خصوصيات شيميايي و فيزيكي چارچوب‌هاي فلز-آلي مانند ظرفيت جذب، رسانايي، پاسخ‌هاي مكانيكي و خصوصيات كاتاليزگري شناخته‌شده‌اند. تاكنون مطالعات محاسباتي نظري و آزمايشگاهي نشان داده اند كه درجه خاصي از نقص ساختاري مي تواند اثرات مثبتي بر خصوصيات فيزيكي و شيميايي MOF ها ايجاد كند. بااين‌حال، همچنين اشاره‌شده است كه نقص ها گاهي اوقات در برخي از خواص MOFها مانند جذب و انتشار گاز و همچنين خواص نوري اثرات منفي ايجاد مي كنند. نقص هاي ساختاري اغلب با كاهش پايداري شيميايي، حرارتي و مكانيكي ساختارهاي چارچوب همراه است. بنابراين، براي ايجاد نقص در چارچوب‌ها بايد پايداري آن‌ها را در نظر گرفت كه تحمل چنين نقص هايي را داشته باشند. نقص در چارچوب‌هاي فلز-آلي به دو صورت متفاوت تشكيل مي شود، شامل نقص ذاتي كه به‌طور طبيعي در MOF ها پس از رشد بلور رخ مي دهد و نقص مهندسي‌شده كه به‌صورت عمد توسط محققان ايجاد مي شود. مهندسي نقص در چارچوب‌هاي فلز-آلي به دو روش سنتزي متفاوت از هم انجام مي شود كه اين دو روش، روش سنتز مجدد و برهمكنش پساسنتزي هستند. متداول‌ترين روش براي سنتز مجدد MOF هاي معيوب، افزودن تعديل كننده ها در طول سنتز MOF است. روش هاي پساسنتزي شامل يك برهمكنش ناهمگن MOF اصلي با تبادل ليگاند با كمك حلال (SALE) يا روش هاي فعال سازي شديد (به‌عنوان‌مثال، برهمكنش اسيد/باز يا درجه حرارت بالا) است. اگرچه ثابت‌شده است كه اين روش ها براي ايجاد نقص در MOF ها مفيد هستند، اما مقدار زيادي از تعديل كننده هاي آلي و حلال هاي مورداستفاده در سنتز مجدد يا فرآيندهاي پس از تصفيه باعث مشكلات زيست‌محيطي و افزايش هزينه هاي آماده سازي مي شود. همچنين، فرآيندهاي تبادل زمان‌بر است و به‌طوركلي به يك يا چند روز زمان نياز دارد؛ بنابراين، توسعه روش هاي سريع، كارآمد و سبز براي تهيه MOF هاي معيوب با غلظت نقص قابل‌كنترل، مطلوب است. يك بمباران پلاسماي آرگون با دماي پايين، يك رويكرد سبز و آسان، در اينجا ايجاد شده است تا نقص هاي غني از اتصال دهنده از بين رفته در UiO-66 ايجاد شود. بمباران پلاسما مي تواند به بهترين نحو بخشي از اتصال دهنده ها را در چارچوب UiO-66 حذف كند كه باعث شكل گيري نقص هاي اتصال دهنده از بين رفته مي شود. غلظت نقص در UiO-66 با تغيير زمان برهمكنش پلاسما بدون آسيب رساندن به ساختار چارچوب آن‌ها قابل تنظيم است. نتيجه UiO-66 ناقص باثبات بالا، فعاليت كاتاليزگري افزايش‌يافته‌اي را براي واكنش حلقه زدايي اپوكسيد-كربن دي‌اكسيد به نمايش گذاشته است. هنگامي‌كه UiO-66 معيوب به‌عنوان كاتاليزگر مورداستفاده قرار گرفت، در مقايسه با UiO-66 بدون نقص، عملكرد محصول حدود 43 درصد افزايش يافت.

10/10/2021 12:00:00 AM

74173

1400/12/07

Defect-engineering in metal–organic frameworks

چارچوب هاي فلز-آلي , نقص , مهندسي نقص , برهمكنش پلاسما

Metal–organic frameworks , Defect , Defect engineering , plasma treatment