新型铈（IV）基金属有机框架（Ce(IV)-MOFs）的合成与表征——多种框架拓扑结构研究

首页 > 行业动态 > 新型铈（IV）基金属有机框架（Ce(IV)-MOFs）的合成与表征——多种框架拓扑结构研究

摘要：
本文提出一种简便通用的合成方法，成功制备出四种含六核簇的新型Ce(IV)-MOFs（Ce-UiO-66-BPyDC、Ce-DUT-67-PZDC、Ce-DUT-67-TDC、Ce-MOF-808），它们与锆基类似物同构，拓扑结构分别为fcu、reo、spn。在温和条件（100°C、15分钟）下通过调控合成法获得，经多种表征确认结构。Ce-UiO-66-BPyDC和Ce-MOF-808热稳定性分别达330°C和150°C，N₂吸附实验显示其比表面积分别为2120 m²/g和1725 m²/g。

研究背景：
1.行业问题与研究现状：金属有机框架（MOFs）因结构可调、表面积高，应用广泛，但Zr(IV)-MOFs研究较多，Ce(IV)-MOFs系列有限，且需探索更多拓扑结构以拓展应用。
2.本文创新：以甲酸为调节剂，温和条件下合成四种新型Ce(IV)-MOFs，拓展了Ce(IV)-MOFs拓扑结构范围，且Ce-UiO-66-BPyDC热稳定性高于已知Ce(IV)-MOFs。

实验部分：
1.材料准备：使用硝酸铈铵、H₂BPyDC、H₂PZDC、H₂TDC、H₃BTC等原料，未进一步纯化。
2.合成实验：
-Ce-UiO-66-BPyDC：将H₂BPyDC溶于DMF，加硝酸铈铵水溶液，100°C搅拌15分钟，离心、洗涤、干燥，产率38%。
-Ce-DUT-67-TDC：H₂TDC溶于DMF和甲酸，加硝酸铈铵水溶液，100°C搅拌15分钟，离心、洗涤、干燥，产率2%。
-Ce-DUT-67-PZDC：H₂PZDC溶于DMF和甲酸，加硝酸铈铵水溶液，100°C搅拌15分钟，离心、洗涤、干燥，产率28%。
-Ce-MOF-808：H₃BTC溶于DMF和甲酸，加硝酸铈铵水溶液，100°C搅拌15分钟，离心、洗涤、干燥，产率34%。
3.NMR样品处理：将Ce-MOFs溶于DCl/D₂O和d₆-DMSO混合液（1:7），再测¹H NMR。

分析测试：
1.PXRD：所有Ce-MOFs衍射峰位置较Zr类似物向低2θ偏移，Ce-UiO-66-BPyDC、Ce-DUT-67-PZDC、Ce-MOF-808经Rietveld精修确认结构，Ce-DUT-67-TDC用Le Bail拟合确认相纯。
2.IR：配位 linker的不对称C=O伸缩振动在1583-1552 cm⁻¹，对称在1385-1359 cm⁻¹，1707 cm⁻¹和1647 cm⁻¹分别对应丙酮和DMF残留。
3.¹H NMR：确认 linker未修饰，Ce-DUT-67-PZDC、Ce-DUT-67-TDC、Ce-MOF-808的linker:HCOO⁻摩尔比分别为1:0.14、1:0.17、1:0.08。
4.热分析：Ce-UiO-66-BPyDC、Ce-DUT-67-PZDC、Ce-MOF-808分解温度分别>330°C、>300°C、>260°C，残留CeO₂质量分数分别为24.0%、46.4%、46.5%。
5.N₂吸附：Ce-UiO-66-BPyDC BET比表面积2120 m²/g、微孔体积0.85 cm³/g；Ce-MOF-808为1725 m²/g、0.62 cm³/g。
6.结论：Ce-MOFs结构明确，热稳定性和多孔性良好，Ce-UiO-66-BPyDC性能最优。

总结：
1.主要研究结果：合成四种新型Ce(IV)-MOFs，明确结构与性能，Ce-UiO-66-BPyDC热稳定性和比表面积突出。
2.创新突破：温和条件实现多种拓扑Ce(IV)-MOFs合成，拓展其结构与性能范围。
3.潜在意义：为Ce(IV)-MOFs在催化等领域应用奠定基础，提供合成新思路。

Synthesis and Characterization of New Ce(IV)-MOFs Exhibiting Various Framework Topologies
文章作者：Martin Lammert, Christian Glißmann, Helge Reinsch, Norbert Stock
DOI：10.1021/acs.cgd.6b01512
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.cgd.6b01512

本文为科研用户原创分享用于学术宣传交流，具体内容请查阅上述论文，如有错误、侵权等请联系修改、删除。未经允许第三方不得复制转载。