A Rationale for the Large Breathing of the Porous Aluminum Terephthalate (MIL‐53) Upon Hydration

氢键 羧酸盐 分子 结晶学 八面体 材料科学 煅烧 双功能 化学 立体化学 晶体结构 催化作用 有机化学 复合材料
作者
Thierry Loiseau,Christian Serre,Clarisse Huguenard,Gerhard Fink,Françis Taulelle,Marc Henry,Thierry Bataille,Gerard Férey
出处
期刊:Chemistry: A European Journal [Wiley]
卷期号:10 (6): 1373-1382 被引量:1801
标识
DOI:10.1002/chem.200305413
摘要

Aluminum 1,4-benzenedicarboxylate Al(OH)[O(2)C-C(6)H(4)-CO(2)]. [HO(2)C-C(6)H(4)-CO(2)H](0.70) or MIL-53 as (Al) has been hydrothermally synthesized by heating a mixture of aluminum nitrate, 1,4-benzenedicarboxylic acid, and water, for three days at 220 degrees C. Its 3 D framework is built up of infinite trans chains of corner-sharing AlO(4)(OH)(2) octahedra. The chains are interconnected by the 1,4-benzenedicarboxylate groups, creating 1 D rhombic-shaped tunnels. Disordered 1,4-benzenedicarboxylic acid molecules are trapped inside these tunnels. Their evacuation upon heating, between 275 and 420 degrees C, leads to a nanoporous open-framework (MIL-53 ht (Al) or Al(OH)[O(2)C-C(6)H(4)-CO(2)]) with empty pores of diameter 8.5 A. This solid exhibits a Langmuir surface area of 1590(1) m(2)g(-1) together with a remarkable thermal stability, since it starts to decompose only at 500 degrees C. At room temperature, the solid reversibly absorbs water in its tunnels, causing a very large breathing effect and shrinkage of the pores. Analysis of the hydration process by solid-state NMR ((1)H, (13)C, (27)Al) has clearly indicated that the trapped water molecules interact with the carboxylate groups through hydrogen bonds, but do not affect the hydroxyl species bridging the aluminum atoms. The hydrogen bonds between water and the oxygen atoms of the framework are responsible for the contraction of the rhombic channels. The structures of the three forms have been determined by means of powder X-ray diffraction analysis. Crystal data for MIL-53 as (Al) are as follows: orthorhombic system, Pnma (no. 62), a = 17.129(2), b = 6.628(1), c = 12.182(1) A; for MIL-53 ht (Al), orthorhombic system, Imma (no. 74), a = 6.608(1), b = 16.675(3), c = 12.813(2) A; for MIL-53 lt (Al), monoclinic system, Cc (no. 9), a = 19.513(2), b = 7.612(1), c = 6.576(1) A, beta = 104.24(1) degrees.
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