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.
This review has shown the capability of MOFs and ZIFs materials to adsorb $CO_2$ under typical PSA temperatures and pressures. The usual operating conditions are adsorption temperatures of $15{\sim}40^{\circ}C$ and adsorption pressures of 4~6 bar based on numerous PSA processes which are widely employed in gases industry for adsorptive separation of $CO_2$. The extent of $CO_2$ adsorption on the microporous materials depends on the metal species and organic linkers existing in the frameworks. The pore size and the surface area, and the process variables are the key parameters to be associated with the efficiency of the adsorbents, particularly adsorption pressures if other variables are comparable each other. The MOFs and ZIFs materials require high pressures greater than 15 bar to yield significant $CO_2$ uptakes. They possess a $CO_2$ adsorption capacity which is very similar to or less than that of conventional benchmark adsorbents such as zeolites and activated carbons. Consequently, those materials have been much less cost-effective for adsorptive $CO_2$ separation to date because of very high production price and the absence of commercially-proven PSA processes using such new adsorbents.
Ji, Hoon;Naveen, Kanagaraj;Kim, Dongwoo;Cho, Deug-Hee
Applied Chemistry for Engineering
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v.31
no.3
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pp.258-266
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2020
The chemical fixation of CO2 into cyclic carbonates is considered to be one of the most promising way to alleviate global warming and produce fine chemicals. In this work, the catalytic applicability of metal-organic frameworks (MOFs) as porous crystalline materials for the synthesis of five-membered cyclic carbonate from CO2 and epoxides was reviewed. In addition, we have briefly classified the materials based on their different structural features and compositions. The studies revealed that MOFs exhibited good catalytic performance towards cyclic carbonate synthesis because of the synergistic effect between the acid sites of MOFs and nucleophile. Moreover, the effect of structure of designed MOFs and mechanism for the cycloaddition of CO2 were suggested.
Ni-benzene-1,3,5-tricarboxylic acid based metal organic frameworks were successfully synthesized by hydrothermal method and thermally treated at various temperature. The electrochemical performance of composites was investigated using cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge, and electrochemical impedance spectroscopy. Among all prepared composites, the samples annealed at $250^{\circ}C$ showed the highest capacitance with a low resistance, and high cycle stability. It was possible to obtain the low electrical resistance and high electric conductivity of the electrode by improved microstructure and morphology after the thermal annealing at $250^{\circ}C$. The samples annealed at $250^{\circ}C$ also displayed the maximum specific capacitance with a value of $953Fg^{-1}$ at a current density of $0.66A/g^{-1}$ in 6 M KOH electrolyte. Moreover, a 86.4% of the initial specific capacitance of the composite was maintained after 3,000 times charge-discharge cycle tests. Based on these properties, it can be concluded that the composite could be applied as potential supercapacitor electrode materials.
Diabetes mellitus is one of the common chronic diseases, seriously threating to human health. The continuous monitoring of blood glucose concentration can effectively prevent diabetic diseases. The sensing performance of glucose non-enzymatic sensors is mainly determined by working electrode materials. Metal-organic frameworks (MOFs) are recognized as promising candidate for glucose sensor application, due to its large surface areas, ordered porous structure and nearly infinite designability. In this review, the sensing performance, research progress and future challenge of non-enzymatic glucose sensors based on MOF-based materials in recent years are presented. We hope that this review would provide valuable technology guidance for high performance non-enzymatic glucose sensors based on MOFs.
Three kinds of 3D isomorphous and isostructural coordination polymers, namely, $\{[Ln_2(PDA)_3(H_2O)_3]{\cdot}0.25H_2O\}_{\infty}$ (Ln = La(1), Sm(2), and Gd(3)) ($PDA^{2-}$ = pyridine-2,6-dicarboxylate anion) have been synthesized under hydrothermal conditions and characterized by elemental analyses, IR spectroscopy, thermal analyses and single crystal X-ray diffraction. In these MOFs, Ln(III) centers adopt eight-coordinated and nine-coordinated with the $N_1O_7$ and $N_2O_7$ donor sets to construct distorted trianglar dodecahedron geometry and tricapped trigonal prism configurations, respectively. Based on the building block of tetranuclear homometallic $Ln_4C_4O_8$ unit (16-membered ring), 1-3 are connected into highly ordered 2D sheets via O-C-O linkers and further constructed into 3D architectures through hydrogen bonds. Crystallographic parameters suggest that the lanthanide contraction effect exist in these coordination polymers. Luminescent properties of the lanthanide-based MOFs (metal-organic frameworks) have been measured at room temperature, which reveal that they presenting ionselective characters toward certain metals, such as $Mg^{2+}$, $Cd^{2+}$ and $Pb^{2+}$ ions.
In the current study, MIL-101(Cr)-SO3H[HCl] as metal-organic frameworks (MOFs) was fabricated via a hydrothermal method. The physicochemical properties of the synthesized material were characterized using XRD, FT-IR, FE-SEM, TEM, and BET surface area analysis. The XRD diffraction pattern of the prepared MIL-101(Cr)-SO3H[HCl] was similar to previously reported patterns of MIL-101(Cr) type materials, indicating successful synthesis of MIL-101(Cr)-SO3H[HCl]. The FT-IR spectrum revealed the molecular structure and functional groups of the synthesized MIL-101(Cr)-SO3H[HCl]. FE-SEM and TEM images indicated the formation of rectangular parallelopiped structures in the prepared MIL-101(Cr)-SO3H[HCl]. Furthermore, the EDS spectrum showed that the synthesized material consisted of the elements of Cr, O, S, and C. The fabricated MIL-101(Cr)-SO3H[HCl] was then employed as an adsorbent for the removal of Sr2+ and Cs+ from aqueous solutions. The adsorption kinetics and adsorption isotherm models were studied in detail. The maximum adsorption capacities of MIL-101(Cr)-SO3H[HCl] for Sr2+ and Cs+ according to pH (3, 5.3~5.8, 10) were 35.05, 43.35, and 79.72 mg/g and 78.58, 74.58, and 169.74 mg/g, respectively. These results demonstrate the potential of the synthesized MOFs, which can be effectively applied as an adsorbent for the removal of Sr2+ and Cs+ ions from aqueous solutions and other diverse applications.
In this study, heterogeneous ZnO/CNTF composites were developed to improve the NO2-sensing response, facilitated by the self-heating property. Highly conductive and mechanically stable CNTFs were prepared by a wet-spinning process assisted by the liquid crystal (LC) behavior of CNTs. Metal-organic frameworks (MOFs) of ZIF-8 were precipitated on the surface of the CNTF (ZIF-8/CNTF) via one-pot synthesis in solution. The subsequent calcination process resulted in the formation of the ZnO/CNTF composites. The calcination temperatures were controlled at 400, 500, and 600 ℃ in an N2 atmosphere to confirm the evolution of the microstructures and NO2-sensing properties. Gas sensor characterization was performed at 100 ℃ by applying a DC voltage to induce Joule heating through the CNTF. The results revealed that the ZnO/CNTF composite after calcination at 500 ℃ (ZnO/CNTF-500) exhibited an improved response (Rair/Rgas = 1.086) toward 20 ppm NO2 as compared to the pristine CNTF (Rair/Rgas = 1.063). Selective NO2-sensing properties were demonstrated with negligible responses toward interfering gas species such as H2S, NH3, CO, and toluene. Our approach for the synthesis of MOF-driven ZnO/CNTF composites can provide a new strategy for the fabrication of wearable gas sensors integrated with textile materials.
Chromium-based metal-organic frameworks (MIL-101(Cr)) were synthesized, and their potential use as a filling material for gas masks or protective clothing was assessed through adsorption experiments using diisopropyl methyl phosphate (DIMP) as a simulant for chemical warfare agents. MIL-101(Cr) was prepared using acetic acid (MIL-101(Cr)-A) and sodium hydroxide (MIL-101(Cr)-N) as modulators. The use of acetic acid as a modulator resulted in a larger specific surface area and a higher DIMP adsorption capacity. MIL-101(Cr)-A absorbed approximately 160% of its own weight of moisture when exposed to an environment with a relative humidity of 90% for 10 days, surpassing other adsorbents such as activated carbon. The DIMP adsorption capacity of MIL-101(Cr)-A decreased to about 40% of its initial adsorption capacity after 24 hours of exposure to an environment with a relative humidity of 90%. However, this capacity is still higher compared to that of activated carbon used in commercial gas masks, suggesting a high potential for future use as a filling material for gas masks or protective clothing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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