Metal-organic frameworks (MOFs) are nanoporous materials that consist of organic and inorganic moieties, with well-defined crystalline lattices and pore structures. With a judicious choice of organic linkers present in the MOFs with different sizes and chemical groups, MOFs exhibit a wide variety of pore sizes and chemical/physical properties. This makes MOFs extremely attractive as novel membrane materials for gas separation applications. However, the synthesis of high-quality MOF thin films and membranes is quite challenging due to difficulties in controlling the heterogeneous nucleation/growth and achieving strong attachment of films on porous supports. Microwave-based synthesis technology has made tremendous progress in the last two decades and has been utilized to overcome some of these challenges associated with MOF membrane fabrication. The advantages of microwaves as opposed to conventional synthesis techniques for MOFs include shorter synthesis times, ability to achieve unique and complex structures and crystal size reductions. Here, we review the recent progress on the synthesis of MOF thin films and membranes with an emphasis on how microwaves have been utilized in the synthesis, improved properties achieved and gas separation performance of these films and membranes.
Various types of MOFs (metal-organic frameworks) were prepared via hydrothermal and post-grafting methods and applied as catalysts for the synthesis of jasminaldehyde, one of the representative perfume intermediates, by Aldol condensation of benzaldehyde with heptanal. Although both acid and base sites could catalyze the reaction, the catalytic performance was strongly dependent on the physical properties as well as the nature of functionalization on MOFs. While the use of sulfonated MOF catalysts led to decrease of jasminaldehyde selectivity regardless of MOFs used, the selectivity change was found to rely on the MOF types in the case of the amine-functionalization. Among the catalysts tested, MIL-101 shows the best catalytic performance, which may suggest that MIL-101 has suitable acid properties to promote the Aldol condensation and the large pore of MIL-101 is also advantageous to alleviate the diffusion problem of bulky products.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2018.06a
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pp.92.2-92.2
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2018
빠르고 정확한 글루코오스 농도 측정은 의료, 식품, 환경 등 다양한 산업에서 매우 중요하다. 글루코오스 산화효소를 기반으로 하는 현재 글루코오스 센서는 높은 감도와 선택성을 갖지만 온도변화나 다른 화학물 등 환경에 취약하다는 단점이 있다. 따라서 최근 비효소식 글루코오스 센서에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 금속-유기 구조체(MOFs)는 금속이온과 유기물 리간드로 구성된 결정성 다공체로, 큰 기공 크기와 비표면적, 안정성 등을 특징으로 갖는다. 대부분의 MOFs는 전기전도도가 낮지만 금속이온의 산화/환원, 리간드의 화학적 개질을 통해 전기화학분야에서도 다양하게 연구되고 있다. 본 연구에서는 글루코오스 농도 측정을 위한 전극촉매로 다양한 금속이온과 리간드로 이루어진 MOFs를 합성했다. 표면분석을 통해 MOFs의 전기화학적 처리 전후의 구조와 성질 변화를 관찰했고 전기화학적 분석을 통해 금속이온과 리간드의 종류가 감도, 선택성 등 글루코오스 검지 성능에 주는 영향을 분석했다. 그 결과 Ni, Co 기반의 MOFs가 글루코오스에 대해 높은 감도를 보였으며 이를 통해 MOFs의 글루코오스 센서로의 응용 가능성을 확인했다.
Catalysts based on organic compounds, transition metal and metal-organic frameworks (MOFs) have been applied to degrade or remove organophosphorus toxic compounds (OPs). During the last 20 years, various MOFs were designed and synthesized to suit application purposes. MOFs with $Zr_6$ based metal node and organic linker were widely used as catalysts due to their tunability for the pore size, porosity, surface area, Lewis acidic sites, and thermal stability. In this review, effect on catalytic efficiency between MOFs properties according to the structure, stability, particle size, number of connected-ligand, organic functional group, and so on will be discussed.
Metal organic frameworks (MOFs) are a class of crystalline organic-inorganic hybrid compounds formed by coordination of metal clusters or ions with organic linkers. MOFs have recently attracted intense research interest due to their permanent porous structures, large surface areas and pore volume, high-dispersed metal species, and potential applications in gas adsorption, separation, and catalysis. $CO_2$ adsorption in MOFs has been investigated in two areas of $CO_2$ storage at high pressures and $CO_2$ adsorption at atmospheric pressure conditions. In this short review, $CO_2$ adsorption/separation results using MOFs conducted in our laboratory was explained in terms of four contributing effects; (1) coordinatively unsaturated open metal sites, (2) functionalization, (3) interpenetration/catenation, and (4) ion-exchange. Zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs) and covalent organic frameworks (COFs) were also considered as a candidate material.
Kim, Hamin;Choi, Hyun-Kuk;Kim, Moon-Gab;Lee, Young-Sei;Yim, Changyong
Applied Chemistry for Engineering
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v.33
no.1
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pp.11-16
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2022
Metal-organic frameworks (MOFs) are porous materials with nano-sized pores. The degree of gas adsorption and pore size can be controlled according to types of metal ions and organic ligands. Many studies have been conducted on MOFs in the fields of gas storage and separation, and gas sensors. For rapid and quantitative gas adsorption/desorption analyses, it is necessary to form various MOF structures in uniform films on a sensor surface. In this review, some of representative direct methods for uniformly synthesizing MOFs such as MIL-53 (Al), ZIF-8, and Cu-BDC from anodized aluminum oxide, zinc oxide nanorods, and copper thin films, respectively on the surface of a microresonator are highlighted. In addition, the operation principle of quartz crystal microbalance and microcantilever, which are representative microresonators, and the interpretation of signals that change when gas is adsorbed to MOFs are covered. This is intended to enhance the understanding of gas adsorption/desorption analysis of MOFs using microresonators.
Advancements in thin-film nanocomposite (TFN) membrane technology for nanofiltration is crucial for removing pollutants from natural resources. In recent years, various metal-organic framework (MOF) modifications have been tested to overcome the drawbacks that are inevitable with conventional thin-film composite (TFC) and TFN membranes. In general, MIL-101(Cr), UiO-66, ZIF-8, and HKUST-1 [Cu3(BCT2)] are MOFs that were proven to exhibit excellent membrane performance in terms of solvent permeability and solute rejection; their respective studies are reviewed in this article. Other novelties, such as the simultaneous use of different MOFs and unique MOF layering techniques (e.g., dip-coating, spray pre-disposition, Langmuir-Schaefer film, etc.) are also discussed as they present alternate solutions for membrane enhancement and/or preparation convenience. Not only are these MOF-modified TFN membranes frequently shown to improve separation performance from their respective TFC and TFN membranes, but many reports also explain their potential for a cost-effective and environmentally friendly process. In this review the thin film nanocomposite nanofiltration membrane is discussed.
Due to the fact that zirconium based metal-organic frameworks (Zr-MOFs), such as UiO-66, have a large specific surface area and excellent selective adsorption capacity, Zr-MOFs are gaining attention as materials that can provide protection from the attack of chemical warfare agents in battleground. However, most of the metal-organic frameworks have an issue of selective adsorption capacity degraded by water molecules when exposed to the atmosphere, because of the weak metal-organic ligand bonds and the presence of voids. Therefore, polydimethylsiloxane (PDMS), a representative hydrophobic polymer material, was coated on the surface of UiO-66 to enhance the sustainability of the diisopropyl methylphosphonate (DIMP) sorption capacity in the battleground condition. Through the analysis of surface structure and organic functional group distribution of PDMS coated UiO-66, silicon was confirmed to be evenly coated. The contact angle increased by over 30° for the PDMS coated UiO-66, indicating that the hydrophobicity was improved. In addition, both the UiO-66 and PDMS coated UiO-66 were used as adsorbents for DIMP, a similar chemical warfare agent, to investigate the durability of adsorption capacity in a high humidity environment. The PDMS coated UiO-66 showed higher durability of adsorption capacity for 20 days than that of pristine UiO-66.
In this study we suggest a humidity-sensitive color sensor using a one-dimensional photonic crystal and Hong Kong University of Science and Technology-1 (HKUST-1), which is a metal-organic framework (MOF) substance. One-dimensional photonic crystals have a photonic band gap, due to a periodic refractive-index change, and block and reflect light components in a specific wavelength band. The refractive index of HKUST-1 differs in dry and humid environments. Herein we designed a sensor using the presence of the photonic band gap, with FDTD simulation. As a result of optical analysis, the color conversion of the reflected light was superior to the color conversion of the transmitted light. When the center wavelength of the photonic band gap was 550 nm, the maximum peak value of the wet environment increased by a factor of about 9.5 compared to the dry environment, and the color conversion from achromatic to green was excellent as a sensor. The results of this study suggest the application of MOF materials to moisture sensors, and the nanostructure design of MOF materials will expand the applications to industrial devices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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