Tackling the Defect Conundrum in UiO-66: A Mixed-Linker Approach to Engineering Missing Linker Defects

连接器 材料科学 金属有机骨架 物理吸附 多孔性 结晶学 化学工程 化学 复合材料 计算机科学 有机化学 操作系统 工程类 吸附
作者
Bart Bueken,Niels Van Velthoven,Andraž Krajnc,Simon Smolders,Françis Taulelle,Caroline Mellot‐Draznieks,Gregor Mali,Thomas D. Bennett,Dirk De Vos
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:29 (24): 10478-10486 被引量:128
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.7b04128
摘要

Over the past decade, the zirconium-terephthalate UiO-66 has evolved into one of the most intensely studied metal–organic frameworks (MOFs) to date. Among the most fascinating and pervasive features of this material are defects, and their influence on a multitude of its properties. However, the simultaneous occurrence of two defect types, missing linkers and missing nodes, limits the extent to which certain material properties can be accurately matched to the framework's defect structure. In this contribution, we present a strategy to unequivocally create missing linker defects in UiO-66, by first synthesizing terephthalate frameworks doped with a thermolabile linker, trans-1,4-cyclohexane-dicarboxylate (cdc), followed by postsynthetic thermal decomposition of the latter. Characterization of the mixed-linker materials before and after cdc removal by powder X-ray diffraction, thermogravimetric analysis, N2 physisorption, and NMR spectroscopy confirmed a homogeneous distribution of cdc, and thus also of the formed defects, throughout the materials. The UiO-66 structure is shown to tolerate up to 4.3 missing linker defects per [Zr6O4(OH)4]12+ node, with higher defect densities compromising the framework's structural integrity and porosity. Importantly, no increase in specific surface area was seen after additional missing linker defects were formed, providing compelling evidence that high porosity often observed in modulated UiO-66 samples should rather be attributed to missing cluster defects.
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