हकुस्त-1 (HKUST-1)

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उजाड़ HKUST-1 की रूपरेखा संरचना। गोले ढांचे की संरचना के भीतर दो अलग-अलग प्रकार के छिद्रों का प्रतिनिधित्व करते हैं। नीला: धातु, लाल: ऑक्सीजन, काला: कार्बन।
हाइड्रेटेड अवस्था में HKUST-1 संरचना की पैडलव्हील इकाई (द्वितीयक भवन इकाई)। अक्षीय स्थिति में प्रत्येक धातु केंद्र के लिए एक जल के अणु का समन्वय किया जाता है।
निर्जलित अवस्था में HKUST-1 संरचना की पैडलव्हील इकाई (द्वितीयक भवन इकाई)। धातु केंद्रों पर अक्षीय स्थिति पर कब्जा नहीं किया जाता है (= समन्वित रूप से असंतृप्त साइट, CUS)।

HKUST-1 (HKUST ⇒ हांगकांग विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय),[1] जिसे MOF-199 भी कहा जाता है,[2] धातु-जैविक ढांचे (MOFs) की श्रेणी में महत्वपूर्ण है। धातु-जैविक ढांचे क्रिस्टलीय पदार्थ हैं, जिसमें धातुएं लिगैंड् (तथाकथित लिंकर अणु) से जुड़ी होती हैं, जो तीन आयामों में विस्तारित समन्वय उद्देश्यों को दोहराती हैं। HKUST-1 ढांचा डाइमेरिक धातु इकाइयों से बना है, जो बेंजीन-1,3,5-ट्राईकार्बोक्सिलेट लिंकर अणुओं से जुड़े हुए हैं। पैडलव्हील इकाई धातु केंद्रों के समन्वय वातावरण का वर्णन करने के लिए सामान्यतः उपयोग किया जाने वाला संरचनात्मक रूप है और इसे HKUST-1 संरचना की द्वितीयक भवन इकाई (SBU) भी कहा जाता है। पैडलव्हील चार बेंजीन-1,3,5-ट्राईकार्बोक्सिलेट लिंकर्स अणुओं से बना है, जो दो धातु केंद्रों को जोड़ता है। हाइड्रेटेड अवस्था में पैडलव्हील इकाई की अक्षीय स्थिति में दो धातु केंद्रों में से प्रत्येक के लिए एक जल के अणुओं का समन्वय किया जाता है, जो सामान्यतः तब पाया जाता है जब सामग्री को हवा में संभाला जाता है। एक सक्रिय प्रक्रिया (ताप , निर्वात) के बाद, इन जल के अणुओं को हटाया जा सकता है और निर्जलित अवस्था उत्पन्न की जा सकती है और धातु परमाणुओं पर समन्वय स्थल खाली छोड़ दिया जाता है। इस निर्लिप्त समन्वय स्थल को समन्वित रूप से असंतृप्त साइट (CUS) कहा जाता है और इसे अन्य अणुओं द्वारा एक्सेस किया जा सकता है।

संरचनात्मक अनुरूप

मोनोमेटैलिक HKUST-1 अनुरूप

पहले संश्लेषित HKUST-1 सामग्री में Cu2+ का उपयोग धातु केंद्र के रूप में इस्तेमाल किया गया था,[1] लेकिन HKUST-1 संरचना को अन्य धातुओं के साथ भी प्राप्त किया गया था। सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली धातुओं की ऑक्सीकरण अवस्था + II है, जिसके परिणामस्वरूप एक तटस्थ समग्र ढांचा होता है। त्रिसंयोजक धातुओं (ऑक्सीकरण अवस्था +3) के मामले में, समग्र ढांचे को धनावेश रूप से आवेशित किया जाता है और आवेश की क्षतिपूर्ति और आवेश तटस्थता की गारंटी देने के लिए ऋणायनो की आवश्यकता होती है।[3][4][5]

मोनोमेटैलिक HKUST-1 अनुरूप का अवलोकन
धातु केंद्र और

ऑक्सीकरण अवस्था

प्रथम प्रकाशन

का वर्ष

विकल्प नाम उद्धरण
Cu2+ 1999 Cu3BTC2

CuBTC

[1][6]
Mo2+ 2006 TUDMOF-1 [7]
Fe2+/3+ 2007 [5]
Cr2+ 2010 [8]
Ni2+ 2011 [9]
Zn2+ 2011 [10]
Ru2+/3+ 2011 [4]
Mn2+ 2012 [11]
Fe2+ 2012 [11]
Co2+ 2012 [11]
Fe3+ 2014 [3]
Ru2+ 2016 [12]
Fe2+ 2019 [13]


मिश्रित-धातु HKUST-1 अनुरूप

मोनोमेटैलिक HKUST-1 अनुरूप के अलावा, कई मिश्रित-धातु HKUST-1 सामग्रियों को संश्लेषित किया गया था, जिसमें दो धातुओं को क्रिस्टलोग्राफिक रूप से समतुल्य पदों पर रूपरेखा संरचना में सम्मिलित किया गया है। संश्लेषण (प्रत्यक्ष संश्लेषण) के लिए दोनों धातुओं का उपयोग करके या पोस्ट-कृत्रिम धातु-विनिमय का उपयोग करके दो धातुओं का समावेश प्राप्त किया जा सकता है। पोस्ट-कृत्रिम धातु विनिमय के लिए, पहले चरण में एक मोनोमेटैलिक HKUST-1 सामग्री को संश्लेषित किया जाता है। इसके बाद, इस मोनोमेटैलिक HKUST-1 को दूसरी धातु वाले घोल में निलंबित कर दिया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप मिश्रित धातु HKUST-1 के ढांचे में धातु केंद्रों का आदान-प्रदान होता है।

मिश्रित-धातु HKUST-1 अनुरूपों का अवलोकन
धातु केंद्र और

ऑक्सीकरण अवस्था

धातु अनुपात

[-]

संश्लेषण विधि उद्धरण
Cu2+ / Zn2+ 0.99 : 0.01 प्रत्यक्ष संश्लेषण [14]
0.99 : 0.01

0.97 : 0.03

0.95 : 0.05

0.90 : 0.10

0.79 : 0.21

[15]
0.95 : 0.05

0.90 : 0.10

प्रत्यक्ष संश्लेषण

बॉल मिलिंग (मैकेनोकेमिकल)

[16]
Cu2+ / Ni2+ 0.70 : 0.30

0.50 : 0.50

0.20 : 0.80

प्रत्यक्ष संश्लेषण [17]
Cu2+ / Ru3+ 0.92 : 0.08 प्रत्यक्ष संश्लेषण [18]
Cu2+ / Ag+ not reported पोस्ट-कृत्रिम धातु विनिमय [19]
Cu2+ / Mn2+ 0.94 : 0.06 पोस्ट-कृत्रिम धातु विनिमय [20]
Cu2+ / Fe3+ 0.86 : 0.14 पोस्ट-कृत्रिम धातु विनिमय [20]
Cu2+ / Co2+ 0.74 : 0.26 पोस्ट-कृत्रिम धातु विनिमय [20]
Cu2+ / Pd2+ 0.91 : 0.09

0.86 : 0.14

0.80 : 0.20

प्रत्यक्ष संश्लेषण [21]
0.81 : 0.19

0.59 : 0.41

[22]
Ru2+/3+ / Rh2+ 0.95 : 0.05

0.89 : 0.11

0.79 : 0.21

0.47 : 0.53

0.24 : 0.76

0.03 : 0.97

प्रत्यक्ष संश्लेषण [23]
Cu2+ / Fe3+ 0.69 : 0.31 प्रत्यक्ष संश्लेषण [24]
Cu2+ / Zn2+ / Mo6+ 0.80 : 0.15 : 0.05

0.70 : 0.15 : 0.15

0.55 : 0.15 : 0.30

प्रत्यक्ष संश्लेषण


बॉल मिलिंग (मैकेनोकेमिकल)

[16]


सैद्धांतिक रूप से गणना की गई HKUST-1 अनुरूप

कई HKUST-1 एनालॉग्स को पहले ही संश्लेषित किया जा चुका है, लेकिन कई शोध समूहों ने सैद्धांतिक गणनाओं के माध्यम से HKUST-1 संरचना के गुणों की जांच की है।[25][26][27][28][29][30]इस उद्देश्य के लिए, अतिरिक्त धातु केंद्रों को सैद्धांतिक स्तर पर ढांचे में सम्मिलित किया गया था, जिनका उपयोग संश्लेषण के लिए नहीं किया गया है (जैसे Sc, V, Ti, W, Cd) ।[27][28] विभिन्न अन्य धातुओं (जैसे W, Re, Os, Ir, Pt, Au) के संयोजन में Cu युक्त मिश्रित-धातु HKUST-1 पर सैद्धांतिक अध्ययन भी रिपोर्ट किया गया, जिनमें से कई धातु संयोजनों को संश्लेषित नहीं किया गया है।[29][30]


संदर्भ

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