Minute-MOFs: Ultrafast Synthesis of M2(dobpdc) Metal–Organic Frameworks from Divalent Metal Oxide Colloidal Nanocrystals

纳米晶 材料科学 溶解 金属有机骨架 金属 氧化物 结晶 配体(生物化学) 无机化学 纳米技术 化学工程 卤化物 吸附 化学 冶金 物理化学 受体 工程类 生物化学
作者
Lorenzo Maserati,Stephen M. Meckler,Changyi Li,Brett A. Helms
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:28 (5): 1581-1588 被引量:29
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.6b00494
摘要

The material demands for metal–organic frameworks (MOFs) for next-generation energy-efficient CO2 capture technologies necessitate advances in their expedient and scalable synthesis. Toward that end, the recently discovered expanded MOF-74, or M2(dobpdc), where M = divalent metal cation and dobpdc = 4,4′-dioxido-3,3′-biphenyldicarboxylate, can now be prepared in minutes via a controlled dissolution–crystallization route from divalent metal oxides as precursors. We show that the available surface area of the metal oxide plays a critical role in the precursor dissolution, which was found to be rate-limiting. Based on this understanding of the reaction trajectory, we pushed the chemical transformation to its fringe kinetic limit by configuring the metal oxide precursors as ligand-free colloidal metal oxide nanocrystals, which allowed MOF formation in less than 1 min. MOFs prepared by this strategy were highly crystalline, with BET surface areas on par with conventional multihour syntheses from metal halide salts. This method was also applied successfully in the synthesis of M2(dobdc) MOFs, highlighting its generality. Our work challenges the conventional wisdom that plurality of steps in MOF formation is inherently time-intensive.
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