Unraveling the molecular mechanism of MIL-53(Al) crystallization

结晶 成核 材料科学 魔角纺纱 纳米技术 化学工程 核磁共振波谱 化学 有机化学 工程类
作者
Daniil Salionov,Olesya O. Semivrazhskaya,Nicola Casati,Marco Ranocchiari,Saša Bjelić,René Verel,Jeroen A. van Bokhoven,Vitaly L. Sushkevich
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:48
标识
DOI:10.1038/s41467-022-31294-4
摘要

Abstract The vast structural and chemical diversity of metal−organic frameworks (MOFs) provides the exciting possibility of material’s design with tailored properties for gas separation, storage and catalysis. However, after more than twenty years after first reports introducing MOFs, the discovery and control of their synthesis remains extremely challenging due to the lack of understanding of mechanisms of their nucleation and growth. Progress in deciphering crystallization pathways depends on the possibility to follow conversion of initial reagents to products at the molecular level, which is a particular challenge under solvothermal conditions. The present work introduces a detailed molecular-level mechanism of the formation of MIL-53(Al), unraveled by combining in situ time-resolved high-resolution mass-spectrometry, magic angle spinning nuclear magnetic resonance spectroscopy and X-ray diffraction. In contrast to the general belief, the crystallization of MIL-53 occurs via a solid-solid transformation mechanism, associated with the spontaneous release of monomeric aluminum. The role of DMF hydrolysis products, formate and dimethylamine, is established. Our study emphasizes the complexity of MOF crystallization chemistry, which requires case-by-case investigation using a combination of advanced in situ methods for following the induction period, the nucleation and growth across the time domain.
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