مروری بر کاربردهای مختلف چارچو بهای فلزی-آلی

نوع مقاله : تالیفی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی شیمی و پلیمر / دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب

2 عضو هیات علمی دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران جنوب، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی شیمی

چکیده

چارچوب های فلزی-آلی (MOFs) را می توان مواد بلوری متخلخلی تعریف کرد که از سنتز شبکه یون ها و خوشه های فلزی به صورت گره و مولکول های آلی به شکل لیگاند به دست می آیند. انعطاف پذیری اجزای تشکیل دهنده به گزارش بیش از 20000 چارچوب فلزی-آلی متفاوت منجر شده است. ازجمله معروف ترین این نوع چارچوب ها می توان به MOF-5 اشاره کرد. این مواد به چهار دسته چارچوب های
نسل یک، دو، سه و چهار تقسیم بندی می شوند. روش های مختلف برای سنتز چارچوب های فلزی-آلی وجود دارد که از متداول ترین آن ها می توان به روش حلال گرمایی اشاره کرد. چارچوب های فلزی-آلی گاهی نسبت به سایر مواد متخلخل مانند کربن فعال یا زئولیت ها عملکرد بهتری را نشان می دهند. ازجمله خواص چارچوب های فلزی-آلی می توان مساحت سطح، تخلخل و حجم منافذ زیاد را نام برد. وجود این ویژگی ها و قابلیت تنظیم و انعطاف پذیری زیاد موجب ایجاد کاربردهای گسترده در زمینه های مختلف شده است. ازجمله این کاربردها می توان به ذخیره سازی و جداسازی گازها، کاتالیز، زیست پزشکی مانند دارورسانی، حسگرها، غشاها و تصفیه آب اشاره کرد. در مقاله پیشرو، ضمن معرفی چارچوب های فلزی-آلی، ویژگی های ساختاری و روش های سنتز آن ها، تعدادی از کاربردهای متداول این مواد مرور شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A Review on Different Applications of Metal-Organic Frameworks

نویسندگان [English]

  • Zahra Hojjati 1
  • Mehrnoush Mohammadi 2
1 Chemical engineering department
2 Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, South Tehran Branch, Islamic Azad University
چکیده [English]

Metal-organic frameworks (MOFs) can be defined as porous crystalline materials that obtained from the network synthesis of metal ions and clusters as nodes, and organic molecules as ligands. The flexibility of the components has led to the report of more than 20,000 different MOFs. MOF-5 can be mentioned as one of the most famous MOFs. These materials are divided into four categories of first, second, third, and fourth generation frameworks. There are various methods for the synthesis of MOFs, but the most common one is the solvothermal method. Metal-organic frameworks sometimes perform better than other porous materials, such as activated carbon or zeolites. These materials have exceptional properties such as high surface area (6000 m2/g), porosity and high pore volume. These features along with high adjustability and flexibility have led to wide applications in various fields. Applications like gas storage and separation, catalytic applications, biomedical such as drug release, sensors, membranes, and water purification
can be mentioned. In this article, in addition to introducing metal-organic frameworks, their structural features and synthesis methods and a number of common applications of these materials have been reviewed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • metal-organic framework
  • porous material
  • surface area
  • pores
  • network synthesis

مراجع

  1. Kirchon A., Feng L., Drake H.F., Joseph E.A., and Zhou H.C., From Fundamentals to Applications: A Toolbox for Robust and Multifunctional MOF Materials, Chem. Soc. Rev., 47, 8611-8638, 2018.
  2. Ghaedi M., Adsorption: Fundamental Processes and Applications, Academic, USA, 279-387, 2021.
  3. Yu J., Jaroniec M., and Jiang C., Surface Science of Photocatalysis, Academic, USA, 541-579, 2020.
  4. Lazaro I.A. and Forgan R.S., Application of Zirconium MOFs in Drug Delivery and Biomedicine, Coordin. Chem. Rev., 380, 230–259, 2019.
  5. Zhang Y., Yuan S., Day G., Wang X., Yang X., and Zhou H.C., Luminescent Sensors Based on Metal-Organic Frameworks, Coordin. Chem. Rev., 354, 28–45, 2018.
  6. Drout R.J., Robison L., Chen Z., Islamoglu T., and Farha O.K., Zirconium Metal–Organic Frameworks for Organic Pollutant Adsorption, Trends Chem., 1, 304–317, 2019.
  7. Zhou H.C., Long J.R., and Yaghi O.M., Introduction to Metal–Organic Frameworks, Chem. Rev., 112, 673–674, 2012.
  8. Jiao L., Seow J.Y.R., Skinner W.S., Wang Z.U., and Jiang H.L., Metal–Organic Frameworks: Structures and Functional Applications, Mater. Today, 27, 43-68, 2019.
  9. Butova V.V.E., Soldatov M.A., Guda A.A., Lomachenko K.A., and Lamberti C., Metal-Organic Frameworks: Structure, Properties, Methods of Synthesis and Characterization, Russ.

Chem. Rev., 85, 280-307, 2016.

  1. Ahmadi M., Ayyoubzadeh S.M., Ghorbani-Bidkorbeh F., Shahhosseini S., Dadashzadeh S., Asadian E. et al., An Investigation of Affecting Factors on MOF Characteristics for Biomedical Applications: A Systematic Review, Heliyon, 7, 1-12, 2021.
  2. McHugh L.N. and Bennett T.D., Introducing Porosity into Metal–Organic Framework Glasses, J. Mater. Chem. A, 10, 19552-19559, 2022.
  3. Baumann A.E., Burns D.A., Liu B., and Thoi V.S., Metal-Organic Framework Functionalization and Design Strategies for Advanced Electrochemical Energy Storage Devices, Commun. Chem., 2, 86, 2019.
  4. Alhumaimess M.S., Metal–Organic Frameworks and Their Catalytic Applications, J. Saudi Chem. Soc., 24, 461-473, 2020.
  5. Chang Z., Recent Progress in Host–Guest Metal–Organic Frameworks: Construction and Emergent Properties, Coordin. Chem. Rev., 476, 214921, 2023.
  6. Mejuto J.C. and Simal-Gandara J., Host–Guest Complexes, Int. J. Mol. Sci., 23, 15730, 2022.
  7. Liu J., Chen L., Cui H., Zhang J., Zhang L., and Su C.Y., Applications of Metal–Organic Frameworks in Heterogeneous Supramolecular Catalysis, Chem. Soc. Rev., 43, 6011-6061, 2014.
  8. Raptopoulou C.P., Metal-Organic Frameworks: Synthetic Methods and Potential Applications, Materials, 14, 310, 2021.
  9. Das S. and Dhara S., Chemical Solution Synthesis for Materials Design and Thin Film Device Applications, Elsevier, USA, 79-117, 2021.
  10. Gupta R.K., Nguyen T.A., and Yasin G., Metal-Organic Framework-Based Nanomaterials for Energy Conversion and Storage, Elsevier, USA, 11-33, 2022.
  11. Yang D. and Gates B.C., Catalysis by Metal Organic Frameworks: Perspective and Suggestions for Future Research, ACS Catal., 9, 1779−1798, 2019.
  12. Soleimani H., Meftahi M., and Nikfarjam R., Metal-Organic FrameWorks (MOFs) as a New Generation of Heterogeneous Catalysts and Investigating the Catalytic Effect of These Compounds in the Oxidation of Alkanes, Alcohols and Organic Sulfides (Persian), The 1st National Conference on the Future of Engineering and Technology, University of Science and Culture, Iran, Tehran, 17 March, 2015.
  13. Wang W., Li Y., Zhang R., He D., Liu H., and Liao S., Metal-Organic Framework as a Host for Synthesis of Nanoscale Co3O4 as an Active Catalyst for CO Oxidation, Catal. Commun., 12, 875–879, 2011.
  14. Li H., Li L., Lin R.B., Zhou W., Zhang Z., Xiang S. et al., Porous Metal-Organic Frameworks for Gas Storage and Separation: Status and Challenges, EnergyChem, 1, 100006,

2019.

  1. Xu X., Hartanto Y., Zheng J., and Luis P., Recent Advancesin Continuous MOF Membranes for Gas Separation and Pervaporation, Membranes, 12, 1205, 2022.
  2. Daglar H., Aydin S., and Keskin S., MOF-based MMMs Breaking the Upper Bounds of Polymers for a Large Varietyof Gas Separations, Sep. Purif. Technol., 281, 119811, 2022.
  3. Gude G., Emerging Technologies for Sustainable Desalination Handbook, Elsevier, USA, 107-156, 2018.
  4. Muthukumaraswamy Rangaraj V., Wahab M.A., Reddy K.S.K., Kakosimos G., Abdalla O., Favvas E.P. et al., Metal Organic Framework—Based Mixed Matrix Membranes for Carbon Dioxide Separation: Recent Advances and Future Directions, Front. Chem., 8, 534, 2020.
  5. Lawson H.D., Walton S.P., and Chan C., Metal–Organic Frameworks for Drug Delivery: A Design Perspective, ACS Appl. Mater. Int., 13, 7004−7020, 2021.
  6. Wang L., Zheng M., and Xie Z., Nanoscale Metal–Organic Frameworks for Drug Delivery: A Conventional Platform with New Promise, J. Mater. Chem. B, 6, 707-717, 2017.
  7. Maranescu B. and Visa A., Applications of Metal-Organic Frameworks as Drug Delivery Systems, Int. J. Mol. Sci., 23, 4458, 2022.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار