Перманентная сорбция воды в металл-органических каркасах на основе бензол-1,3,5-трикарбоксилатов ряда Fe, Co, Ni, Cu

Одна из уникальных особенностей металлоорганических каркасных соединений (MOF) как огромного и самостоятельного класса соединений - перманентная адсорбция (процесс непрерывного поглощения молекул из газовой или жидкой фазы). В данной работе, на примере MOF на основе 1,3,5-бензолтрикарбоновой (тримезиновой) кислоты (C₆H₃(COOH)₃ º H₃BTC) и ряда переходных элементов (Fe, Co, Ni, Cu), показано восстановление исходного состава для FeBTC, CoBTC, NiBTC, «регенерацию» кристаллической структуры для CoBTC и NiBTC методом порошковой дифракции рентгеновского излучения комплементарно с инфракрасной спектроскопией. Исходные FeBTC, CoBTC и NiBTC, полученные как в стандартных, так и в сольво/ гидротермальных условиях, подвергались термической обработке с дальнейшим жидкофазным насыщением водой. Полученные образцы исследовались operando методами рентгеновской порошковой дифракцией и инфракрасной спектроскопией. Каркасы CoBTC, NiBTC и CuBTC исследовались методом адсорбции паров воды с нагреванием и насыщением в газовой фазе парами воды in situ . Полученные FeBTC и CoBTC не имеют примесных фаз, доказана принадлежность каркасов к соответствующим структурным типам, для NiBTC была предложена кристаллическая структура с триклинной элементарной ячейкой, а CuBTC содержит примесную фазу, родственную данному каркасу, тогда как основная фаза была отнесена к структуре типа MOF-199. Состав группировки исследуемых каркасов подтвержден инфракрасной спектроскопией. С помощью адсорбции паров воды на образцах CoBTC, NiBTC и CuBTC установлено, что наибольшей адсорбционной способностью имеет CuBTC, а количество ПАЦ (первичных адсорбционных центров) возрастает в ряду CuBTC → NiBTC → CoBTC.

One of the unique features of metal organic framework compounds (MOF) as a huge and independent class of compounds, permanent adsorption (the process of continuous absorption of molecules from the gas or liquid phase). In this paper, using the example of MOF based on 1,3,5-benzenetricarboxylic (trimesic) acid (C6H₃(COOH)₃ ≡ H₃BTC) and a few transition elements (Fe, Co, Ni, Cu), restoration of the initial composition for FeBTC, CoBTC, NiBTC, "regeneration" of the crystal structure for CoBTC and NiBTC by powder X-ray diffraction complementary with IR-spectroscopy is shown. The initial FeBTC, CoBTC and NiBTC obtained under both standard and solvo/hydrothermal conditions were subjected to heat treatment with further liquid-phase saturation with water. The obtained samples were examined by operando methods of X-ray powder diffraction and infrared spectroscopy. The frameworks of CoBTC, NiBTC and CuBTC were studied by the method of adsorption of water vapor with heating and saturation in the gas phase with water vapor in situ. The obtained FeBTC and CoBTC do not have impurity phases, the skeletons have been proven to belong to the corresponding structural types, a crystal structure with a triclinic unit cell has been proposed for NiBTC, and CuBTC contains an impurity phase related to this framework, whereas the main phase was attributed to the MOF-199 type structure. The composition of the grouping of the studied frameworks was confirmed by infrared spectroscopy. Using the adsorption of water vapor on CoBTC, NiBTC and CuBTC samples, it was found that CuBTC has the highest adsorption capacity, and the number of PACs (primary adsorption centers) increases in the series CuBTC → NiBTC → CoBTC.