Coordinative Reduction of Metal Nodes Enhances the Hydrolytic Stability of a Paddlewheel Metal–Organic Framework

化学 无水的 金属有机骨架 内球面电子转移 离子 离解(化学) 电子转移 金属 氧化还原 水解 水溶液中的金属离子 氧化态 对苯二酚 结晶学 无机化学 物理化学 有机化学 吸附
作者
Dahae Song,Jinhee Bae,Hoon Ji,Min Bum Kim,Yang–Seop Bae,Kyo Sung Park,Dohyun Moon,Nak Cheon Jeong
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:141 (19): 7853-7864 被引量:68
标识
DOI:10.1021/jacs.9b02114
摘要

Enhancement of hydrolytic stability of metal–organic frameworks (MOFs) is a challenging issue in MOF chemistry because most MOFs have shown limitations in their applications under a humid environment. Meanwhile, inner sphere electron transfer has constituted one of the most intensively studied subjects in contemporary chemistry. In this report, we show, for the first time, a new conceptual coordinative reduction of Cu2+ ion, which is realized in a paddlewheel MOF, HKUST-1, with a postsynthetic manner via inner sphere “single” electron transfer from hydroquinone (H2Q) to Cu2+ through its coordination bond. H2Q treatment of HKUST-1 under anhydrous conditions leads to the single charge (1+) reduction of approximately 30% of Cu2+ ions. Thus, this coordinative reduction is an excellent reduction process to be self-controlled in both oxidation state and quantity. As described below, once Cu2+ ions are reduced to Cu+, the reduction reaction does not proceed further, in terms of their oxidation state as well as their amount. Also, we demonstrate that a half of the Cu+ ions (about 15%) remains in paddlewheel framework with pseudo square planar geometry and the other half of the Cu+ ions (about 15%) forms [Cu(MeCN)4]+ complex in a small cage in the fashion of a ship-in-a-bottle after dissociation from the framework. Furthermore, we show that the coordinative reduction results in substantial enhancement of the hydrolytic stability of HKUST-1 to the extent that its structure remains intact even after exposure to humid air for two years.
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