मेटल-ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क (धातु-कार्बनिक ढाँचे)
मेटल-ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क क्रिस्टलीय छिद्रपूर्ण ठोस होते हैं जो धातु-आयन नोड्स को कार्बनिक अणुओं के साथ जोड़कर खुले नेटवर्क में बनाए जाते हैं, जो बहुत उच्च सतह क्षेत्र को रासायनिक रूप से ट्यून करने योग्य छिद्रों के साथ जोड़ते हैं।
Definition
एक मेटल-ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क एक क्रिस्टलीय सामग्री है जो धातु आयनों या समूहों से बनी होती है जो कार्बनिक लिंकर अणुओं द्वारा एक छिद्रपूर्ण, आवधिक नेटवर्क में जुड़े होते हैं, जिसकी खुली संरचना और रासायनिक रूप से परिवर्तनीय छिद्र असाधारण रूप से उच्च और ट्यून करने योग्य आंतरिक सतह क्षेत्र प्रदान करते हैं।
Scope
यह विषय मेटल-ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क के रसायन विज्ञान को शामिल करता है: जालीदार डिज़ाइन सिद्धांत जो अकार्बनिक नोड्स और कार्बनिक लिंकर्स को अनुमानित, आवधिक खुली संरचनाओं में जोड़ता है; उनकी रिकॉर्ड-तोड़ सरंध्रता और सतह क्षेत्र; बिल्डिंग ब्लॉक्स के चुनाव द्वारा छिद्र आकार और सतह रसायन विज्ञान की ट्यूनबिलिटी; और गैस भंडारण और पृथक्करण, उत्प्रेरण और संवेदन में उनका उपयोग। यह फ्रेमवर्क स्थिरता, सक्रियण और संरचना तथा कार्य के बीच संबंध का वर्णन करता है।
Core questions
- जालीदार रसायन विज्ञान नोड्स और लिंकर्स से फ्रेमवर्क का निर्माण कैसे करता है?
- मेटल-ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क को उनकी असाधारण सरंध्रता क्या देती है?
- डिजाइन द्वारा छिद्र आकार और रसायन विज्ञान को कैसे ट्यून किया जा सकता है?
- इन फ्रेमवर्क का उपयोग भंडारण, पृथक्करण और उत्प्रेरण के लिए कैसे किया जाता है?
Key concepts
- धातु नोड्स और कार्बनिक लिंकर
- जालीदार संश्लेषण
- स्थायी सरंध्रता
- सतह क्षेत्र और छिद्र ट्यूनबिलिटी
- गैस भंडारण और पृथक्करण
- फ्रेमवर्क उत्प्रेरण
Key theories
- जालीदार रसायन विज्ञान
- धातु समूहों को नोड्स और कार्बनिक अणुओं को लिंकर्स के रूप में मानकर, फ्रेमवर्क को अनुमानित नेटवर्क टोपोलॉजी में इकट्ठा किया जा सकता है; लिंकर का चयन और लंबा करना छिद्र आकार और सतह क्षेत्र को ट्यून करता है जबकि अंतर्निहित कनेक्टिविटी को बनाए रखता है।
- कार्य के लिए ट्यून करने योग्य सरंध्रता
- फ्रेमवर्क के खुले, उच्च-सतह-क्षेत्र छिद्रों को गैसों को चुनिंदा रूप से सोखने, मिश्रणों को अलग करने और उत्प्रेरक रूप से सक्रिय धातु नोड्स या कार्यात्मक समूहों को होस्ट करने के लिए आकार और रसायन विज्ञान में अनुकूलित किया जा सकता है, जो फ्रेमवर्क डिजाइन को सीधे अनुप्रयोग से जोड़ता है।
Mechanisms
धातु आयन या समूह और मल्टीटॉपिक कार्बनिक लिंकर घोल में एक क्रिस्टलीय नेटवर्क में स्व-इकट्ठे होते हैं जिसकी टोपोलॉजी बिल्डिंग ब्लॉक्स की ज्यामिति द्वारा निर्धारित होती है; अतिथि विलायक को हटाने के बाद खुले छिद्र बने रहते हैं, जो अधिशोषण और उत्प्रेरक स्थलों के लिए सुलभ आंतरिक सतह प्रदान करते हैं।
Clinical relevance
मेटल-ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क का अध्ययन हाइड्रोजन और मीथेन ईंधन के भंडारण, कार्बन डाइऑक्साइड को पकड़ने, गैस और तरल मिश्रण को अलग करने, दवाओं को वितरित करने और अच्छी तरह से परिभाषित विषम उत्प्रेरक के रूप में कार्य करने के लिए किया जाता है, जिसमें उनके ट्यून करने योग्य छिद्र सामग्री को प्रत्येक कार्य से मेल खाने की अनुमति देते हैं।
History
स्थायी सरंध्रता वाले छिद्रपूर्ण समन्वय नेटवर्क 1990 के दशक के अंत में याघी, कितागावा, फेरे और अन्य के काम के माध्यम से उभरे, जिन्होंने दिखाया कि मजबूत खुले फ्रेमवर्क को धातु नोड्स और कार्बनिक लिंकर्स से डिज़ाइन किया जा सकता है। इसके बाद की जालीदार रसायन विज्ञान ने रिकॉर्ड सतह क्षेत्रों और भंडारण, पृथक्करण और उत्प्रेरक अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ हजारों फ्रेमवर्क का उत्पादन किया।
Key figures
- Omar Yaghi
- Susumu Kitagawa
- Gérard Férey
Related topics
Seminal works
- furukawa2013
- lee2009
Frequently asked questions
- एक ठोस का इतना बड़ा सतह क्षेत्र कैसे हो सकता है?
- मेटल-ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क ज्यादातर खाली जगह होते हैं: उनकी संरचना नोड्स और लिंकर्स का एक खुला मचान है जो आपस में जुड़े छिद्रों को घेरे हुए है। क्योंकि आंतरिक छिद्र की दीवारें सभी सुलभ होती हैं, एक ग्राम हजारों वर्ग मीटर का सतह क्षेत्र प्रस्तुत कर सकता है।
- इन सामग्रियों को डिजाइन करने के लिए जालीदार रसायन विज्ञान इतना शक्तिशाली क्यों है?
- जालीदार रसायन विज्ञान संश्लेषण को एक निर्माण किट को इकट्ठा करने जैसा मानता है: ज्ञात ज्यामिति के धातु नोड्स और कार्बनिक लिंकर्स का चयन करके, रसायनज्ञ एक विशेष नेटवर्क टोपोलॉजी को लक्षित कर सकते हैं और फिर लिंकर को बदलकर या विस्तारित करके छिद्र आकार और रसायन विज्ञान को समायोजित कर सकते हैं, जिससे सामग्री के गुणों पर तर्कसंगत नियंत्रण मिलता है।