Исследование оптических свойств металл-органических каркасных структур

Введение 3
Обзор литературы 5
1. Металл-органические каркасные структуры (МОКС) 5
1.1. Металлы и линкеры 5
1.2. Вторичные строительные блоки 5
1.3. Синтез МОКС 7
2. МОКС на основе лантаноидов 8
2.1. Лантаноиды 8
2.2. Особенности МОКС на основе лантаноидов 8
2.3. Синтез и проектирование Ln-MOF’s 10
2.3. Карбоксилатные и некарбоксилатные линкеры для Ln-MOF 11
2.4. Электронные и оптические свойства Ln-MOF’s 13
2.4.1. Электронные свойства лантаноидов 13
2.4.2. Люминесценция Ln-MOF 14
2.4.3. Чувствительность по люминесценции Ln-MOF 17
3. Структура MOF-76 17
Цели и задачи работы 26
Экспериментальная часть 27
Методика синтеза 27
Характеризация образцов 28
Результаты и обсуждение 29
Характеризация образцов 29
Поглощение образцов 32
Фотостимулированное окрашивание МОКС 34
Электронный парамагнитный резонанс 37
Люминесцентные свойства образцов 38
Влияние фотостимулированного окраживания на люминесценцию МОКС 41
Времена жизни люминесценции 44
Аконверсионная люминесценция МОКС 49
Выводы 51
Список литературы 52
Купить

В последние годы в качестве нового класса высокоупорядоченных и высокопористых материалов стали активно создаваться и исследоваться металл- органические каркасные структуры (МОКС, Metal-organic frameworks, MOF’s). Также в литературе можно встретить название металл-органические координационные полимеры (МОКП). Такие структуры вызывают большой интерес исследователей благодаря их уникальным структурным и физико-химическим характеристикам, открывающим возможность для их применения в различных областях современных технологий.
Пористые материалы активно применяются для хранения и сепарации газов, а также могут служить в качестве шаблонов при подготовке низкоразмерных материалов. Традиционные пористые материалы являются либо органическими, либо неорганическими. Наиболее распространенный органический пористый материал - это активированный уголь. Обычно органические пористые материалы получают пиролизом других богатых углеродом соединений. В результате полученные материалы имеют большую удельную площадь поверхности и высокую адсорбционную способность, но не обладают упорядоченной структурой. Существуют, в свою очередь, и неорганические пористые материалы, которые обладают высокоупорядоченными структурами - например, цеолиты.
Дальнейшее развитие пористых материалов подразумевает создание гибридных структур, сочетающих в себе преимущества как органических, так и неорганических материалов. Новые материалы должны обладать и большой удельной площадью поверхности, и упорядоченной структурой. Такими классом материалов являются металл-органические каркасные структуры.
МОКС являются универсальными материалами. Их модульная структура, состоящая из неорганических узловых точек, связанных между собой органическими линкерами-перемычками, позволяет осуществлять целенаправленное конструирование материала с заданной функциональностью, предсказуемой топологией и свойствами. Возможность создания функциональных гибридных материалов с предсказуемыми свойствами на основе МОКС отличает их от классических твердотельных материалов, в частности от традиционных пористых материалов, таких как, цеолиты, мезопористый кремнезем и пористый углерод.
За последние 20 лет в области МОКС произошел стремительный рывок от первых работ в группах Жерара Фере [1], Сусуму Китагавы [2], Омара Яги [3, 4] до начала промышленного производства и технологического применения в различных областях. Так, ещё в начале 2000-х годов известные на тот момент МОКС насчитывали всего несколько десятков структур с относительно низкой пористостью, но значительный прогресс в области, привёл к созданию множества структур с высокой кристалличностью, высокой, регулярной и однородной по размеру пористостью и разнообразной функциональностью. Существующие на данный момент МОКС характеризуются большой площадью удельной поверхности, значительно превышающей показатели традиционных адсорбентов (вплоть до 7000-10000 м2/г). [5] В настоящее время известно более 10000 МОКС и их количество продолжает расти благодаря большой вариативности составляющих элементов. Для систематизации МОКС разрабатываются базы данных, содержащие данные как о реальных, так и о гипотетических структурах.
На сегодняшний день исследования в области МОКС являются в основном фундаментальными. В центре внимания научных исследований - синтез и структурная характеризация новых МОКС, изучение их фундаментальных физико-химических свойств, функционализация и постсинтетическая модификация структур и спектроскопическая характеристика механизмов взаимодействия с малыми молекулами.
В то же время растет промышленный интерес к использованию МОКС. Так, согласно «дорожной карте», представленной в институте DECHEMA (Германия), МОКС могут быть успешно применены в таких областях, как запасание и транспортировка водородного топлива [6,7], разделение газовых смесей [8,9], химическая сенсорика [10-12], нелинейная оптика [13,14], создание люминофоров [15-17], целенаправленный транспорт лекарств [18-20], гетерогенный катализ [21-23]. Однако на сегодняшний день лишь около десяти МОКС являются коммерчески доступными. Из-за ограниченной доступности, неотработанных процессов масштабирования при создании и формировании из МОКС гранул, монолитов и наноструктур, необходимых для дальнейшего технического применения, МОКС пока не смогли вытеснить обычные адсорбенты, катализаторы и другие материалы.
Купить