Controlling the Mechanism of Nucleation and Growth Enables Synthesis of UiO‐66 Metal‐Organic Framework with Desired Macroscopic Properties

成核 结晶 脱质子化 结晶学 单体 Crystal(编程语言) 晶体生长 金属有机骨架 核磁共振波谱 化学 材料科学 无机化学 物理化学 立体化学 有机化学 聚合物 吸附 离子 计算机科学 程序设计语言
作者
Mikalai A. Artsiusheuski,Nicola Casati,Adam H. Clark,Maarten Nachtegaal,René Verel,Jeroen van Bokhoven,Vitaly L. Sushkevich
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
被引量:9
标识
DOI:10.1002/anie.202415919
摘要

By combining in situ X‐ray diffraction, Zr K‐edge X‐ray absorption spectroscopy and 1H and 13C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, we show that the properties of the final MOF are influenced by H2O and HCl via affecting the nucleation and crystal growth at the molecular level. The nucleation implies hydrolysis of monomeric zirconium chloride complexes into zirconium‐oxo species, and this process is promoted by H2O and inhibited by HCl, allowing to control crystal size by adjusting H2O/Zr and HCl/Zr ratios. The rate‐determining step of crystal growth is represented by the condensation of monomeric and oligomeric zirconium‐oxo species into clusters, or nodes, with the structure identical to that in secondary building units (SBU) of UiO‐66 framework. The rapid crystallization in the absence of HCl leads to formation of defective secondary building units with missing zirconium atoms, providing a pathway to control the number of defects in UiO‐66 crystals. Remarkably, we have shown that assembling of the metal nodes and linkers into the UiO‐66 structure is not the rate‐limiting step, and the degree of deprotonation of the linker has no direct effect on the crystallization kinetics or crystal size of product.
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