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Facile Conversion of Hydroxy Double Salts to Metal–Organic Frameworks Using Metal Oxide Particles and Atomic Layer Deposition Thin-Film Templates

化学 原子层沉积 金属 氧化物 化学工程 金属有机骨架 薄膜 无机化学 逐层 沉积(地质) 图层(电子) 材料科学 模板 纳米技术 有机化学 吸附 古生物学 沉积物 工程类 生物
作者
Junjie Zhao,William T. Nunn,Paul C. Lemaire,Yiliang Lin,Michael D. Dickey,Christopher J. Oldham,Howard J. Walls,Gregory W. Peterson,Mark D. Losego,Gregory N. Parsons
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:137 (43): 13756-13759 被引量:185
标识
DOI:10.1021/jacs.5b08752
摘要

Rapid room-temperature synthesis of metal–organic frameworks (MOFs) is highly desired for industrial implementation and commercialization. Here we find that a (Zn,Cu) hydroxy double salt (HDS) intermediate formed in situ from ZnO particles or thin films enables rapid growth (<1 min) of HKUST-1 (Cu3(BTC)2) at room temperature. The space-time-yield reaches >3 × 104 kg·m–3·d–1, at least 1 order of magnitude greater than any prior report. The high anion exchange rate of (Zn,Cu) hydroxy nitrate HDS drives the ultrafast MOF formation. Similarly, we obtained Cu-BDC, ZIF-8, and IRMOF-3 structures from HDSs, demonstrating synthetic generality. Using ZnO thin films deposited via atomic layer deposition, MOF patterns are obtained on pre-patterned surfaces, and dense HKUST-1 coatings are grown onto various form factors, including polymer spheres, silicon wafers, and fibers. Breakthrough tests show that the MOF-functionalized fibers have high adsorption capacity for toxic gases. This rapid synthesis route is also promising for new MOF-based composite materials and applications.
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