هیبریدها و کامپوزیت های پلیمر/چارچوب آلی-فلزی (Polymer/MOF): روش های سنتز و کاربردها
الموضوعات :محسن صدرالدینی 1 , امین علمداری 2
1 - دانشگاه ارومیه
2 - گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
الکلمات المفتاحية: چارچوب آلی-فلزی, نانومتخلخل, هیبرید پلیمر/چارچوب آلی-فلزی, کامپوزیت,
ملخص المقالة :
چارچوب‌های آلی-فلزی (MOF) یا پلیمرهای کئوردیناسیونی متخلخل از خودآرایی گره‌های فلزی و پیوندهای آلی تشکیل می‌شوند که چارچوب بلوری نانومتخلخل را ایجاد می کنند. تخلخل بسیار بالا، مساحت سطح ویژه بالا، اندازه منافذ قابل تنظیم و پایداری خوب از شاخص¬ترین خواص MOF ها هستند. روند نوظهور در تحقیقات MOF ها، هیبریدسازی با مواد انعطاف¬پذیر نظیر پلیمرها است. پلیمرها دارای ویژگی‌های منحصربه‌فردی مانند نرمی، پایداری حرارتی و شیمیایی، خواص نوری مناسب و فرایندپذیری آسان هستند که می‌توانند با MOF ها ترکیب شوند تا ساختارهای هیبریدی با معماری پیچیده و خواص منحصربه‌فرد پدید آورند. از مهم ترین کاربردهای بدیع هیبریدهای پلیمر/MOF می توان به جداسازی و جذب گاز، غشاهای تبادل یون و نانوصافی، حسگرها، کاتالیزورها، زیست‌پزشکی و ... اشاره کرد. هدف از این مقاله بررسی انواع روش های هیبریدسازی MOF ها و پلیمرها و همچنین کاربردهای جذاب این مواد هیبریدی است.
1- Yusuf, V.F., N.I. Malek., and S.K. Kailasa., Review on Metal–Organic Framework Classification, Synthetic Approaches, and Influencing Factors: Applications in Energy, Drug Delivery, and Wastewater Treatment, ACS omega, 7(49), 44507-44531, 2022.
2- Landaverde-Alvarado, C., A.J. Morris., and S.M. Martin., Characterization of Gas Permeation in the Pores of Zn (II)-Based Metal Organic Framework (MOF)/Polymer Composite Membranes, Separation Science and Technology, 55(14), 2604-2614, 2020.
3- Y. Xue., S. Zheng., H. Xue., Metal–Organic Framework Composites and Their Electrochemical Applications, Journal of Materials Chemistry A, 7(13), 7301-7327, 2019.
4- Dalal Alezi., Youssef Belmabkhout., Mikhail Suyetin., Prashant M. Bhatt., MOF Crystal Chemistry Paving the Way to Gas Storage Needs: Aluminum-Based Soc-MOF for CH4, O2, and CO2 Storage, Journal of the American Chemical Society, 137(41), 13308-13318, 2015.
5- Schmidt, B.V., Metal‐Organic Frameworks in Polymer Science: Polymerization Catalysis, Polymerization Environment, and Hybrid Materials, Macromolecular Rapid Communications, 41(1), 1900333, 2020.
6- R. Semino., J. Moreton., N. Ramsahye., S. Cohen and G. Maurin., Understanding ohe Origins Of Metal–Organic Framework/Polymer Compatibility, Chem. Sci, 9, 315-324, 2018.
7- Kitao, T., and T. Uemura., Polymers in Metal–Organic Frameworks: from Nanostructured Chain Assemblies to New Functional Materials, Chemistry Letters, 49(6), 624-632, 2020.
8- T. Kitao., Y. Zhang., S. Kitagawa., B. Wang and T. Uemura., Hybridization of MOFs and Polymers, Chemical Society Reviews, 46(11), 3108-3133, 2017.
9- T. Uemura., K. Kitagawa., S. Horike., T. Kawamura., S. Kitagawa., M. Mizuno., Kazunaka Endo., Radical Polymerisation of Styrene in Porous Coordination Polymers, Chemical communications, (48), 5968-5970, 2005.
10- T. Uemura., Y. Ono., K. Kitagawa and S. Kitagawa., Radical Polymerization of Vinyl Monomers in Porous Coordination Polymers: Nanochannel Size Effects on Reactivity, Molecular Weight, and Stereostructure, Macromolecules, 41(1), 87-94, 2008.
11- T. Uemura., T. Kaseda., Y. Sasaki., M. Inukai., T. Toriyama., A. Takahara., Hiroshi Jinnai., Susumu Kitagawaet., Mixing of Immiscible Polymers Using Nanoporous Coordination Templates, Nature communications, 6(1), 7473, 2015.
12- Y. Kobayashi.., Y. Horie, K. Honjo., T. Uemura and S. Kitagawa., he Controlled Synthesis of Polyglucose Iin One-Dimensional Coordination Nanochannels, Chemical Communications, 52(29), 5156-5159, 2016.
13- N. Yanai., T. Uemura., M. Ohba., Y. Kadowaki., M. Maesato., M. Takenaka., Shotaro Nishitsuji., Hirokazu Hasegawa., Susumu Kitagawa., Fabrication of Two‐Dimensional Polymer Arrays: Template Synthesis of Polypyrrole Between Redox‐Active Coordination Nanoslits, Angewandte Chemie International Edition, 47(51), 9883-9886, 2008.
14- G. Distefano., H. Suzuki., M. Tsujimoto., S. Isoda., S. Bracco., A. Comotti., Piero Sozzani., Takashi Uemura., Susumu Kitagawa., Highly Ordered Alignment of a Vinyl Polymer by Host–Guest Cross-Polymerization, Nature Chemistry, 5(4), 335-341, 2013.
15- Z. Zhang., H. T. H. Nguyen., S. A. Miller and S. M. Cohen., Polymofs: a Class of Interconvertible Polymer‐Metal‐Organic‐Framework Hybrid Materials, Angewandte Chemie International Edition, 54(21), 6152-6157, 2015.
16- D. Giliopoulos., A. Zamboulis., D. Giannakoudakis., D. Bikiaris and K. Triantafyllidis., Polymer/Metal Organic Framework (MOF) Nanocomposites for Biomedical Applications, Molecules, 25(1), 185, 2020.
17- Nagata S., K. Kokado., Metal–Organic Framework Tethering PNIPAM for ON–OFF Controlled Release in Solution, Chemical communications, 51(41), 8614-8617, 2015.
18- Y. Zhang., X. Feng., H. Li., Y. Chen., J. Zhao., S. Wang., Photoinduced Postsynthetic Polymerization f Aa Metal–Organic Framework Toward a Flexible Stand‐Alone Membrane, Angewandte Chemie International Edition, 54(14), 4259-4263, 2015.
19- K. Xie., Q. Fu., Y. He., J. Kim., S. J. Goh., E. Nam., G. G. Qiao and P. A. Webley., Synthesis of Well Dispersed Polymer Grafted Metal–Organic Framework Nanoparticles, Chemical Communications, 51(85), 15566-15569, 2015.
20- B. Le Ouay., C. Watanabe., S. Mochizuki., M. Takayanagi., M. Nagaoka., T. Kitao., Selective Sorting of Polymers with Different Terminal Groups Using Metal-Organic Frameworks, Nature communications, 9(1), 3635, 2018.
21- J. Park., Y. S. Chae., D. W. Kang., M. Kang., J. H. Choe., S. Kim., Shaping of a Metal–Organic Framework–Polymer Composite and Its CO2 Adsorption Performances from Humid Indoor Air, ACS Applied Materials & Interfaces, 13(21), 25421-25427, 2021.
22- C. Chen., H. Zhu., B.-G. Li and S. Zhu., Fabrication of Metal–Organic Framework/Polymer Composites via a One-Pot Solvent Crystal Template Strategy, Acs Applied Polymer Materials, 3(4), 2038-2044, 2021.
23- N. Ding., H. Li., X. Feng., Q. Wang., S. Wang., L. Ma., Partitioning MOF-5 into Confined and Hydrophobic Compartments for Carbon Capture under Humid Conditions, Journal of the American Chemical Society, 138(32), 10100-10103, 2016.
24- Bondar, V., B. Freeman, and I. Pinnau., Gas Transport Properties of Poly (Ether‐B‐Amide) Segmented Block Copolymers, Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, 38(15), 2051-2062, 2000.
25- B. Le Ouay., M. Boudot., T. Kitao., T. Yanagida., S. Kitagawa and T. Uemura., Nanostructuration of PEDOT in Porous Coordination Polymers for Tunable Porosity and Conductivity, Journal of the American Chemical Society, 138(32), 10088-10091, 2016.
26- Yuwei Shen, Antoine Tissot and Christian Serre., Recent Progress on MOF-based Optical Sensors for VOC Sensing, , Chem. Sci, 13, 13978, 2022.
27- S. Basu., M. Maes., A. Cano-Odena., L. Alaerts., D. E. De Vos and I. F. Vankelecom., Solvent Resistant Nanofiltration (SRNF) Membranes Based on Metal-Organic Frameworks, Journal of membrane science, 344(1-2), 190-198, 2009.
28- S. Sorribas., P. Gorgojo., C. Téllez., J. Coronas., High Flux Thin Film Nanocomposite Membranes Based on Metal–Organic Frameworks for Organic Solvent Nanofiltration, Journal of the American Chemical Society, 135(40), 15201-15208, 2013.
29- A. C. McKinlay., R. E. Morris., P. Horcajada., G. Férey., R. Gref., P. Couvreur., Biomofs: Metal–Organic Frameworks for Biological and Medical Applications, Angewandte Chemie International Edition, 49(36), 6260-6266, 2010.
30- Chowdhury, M.A., Metal‐Organic‐Frameworks for Biomedical Applications in Drug Delivery, Aand as MRI Contrast Agents, Journal of Biomedical Materials Research Part A, 105(4), 1184-1194, 2017.
