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dc.contributor.advisor Jeong, Nak Cheon -
dc.contributor.author Kim, Hong Ki -
dc.date.accessioned 2017-05-10T08:52:13Z -
dc.date.available 2016-08-18T00:00:00Z -
dc.date.issued 2016 -
dc.identifier.uri http://dgist.dcollection.net/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000002294160 en_US
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/20.500.11750/1435 -
dc.description.abstract Open coordination sites (OCSs) in metal−organic frameworks (MOFs) often function as key factors in the potential applications of MOFs, such as gas separation, gas sorption, and catalysis. For these applications, the activation process to remove the solvent molecules coordinated at the OCSs is an essential step that must be performed prior to use of the MOFs. To date, the thermal method performed by applying heat and vacuum has been the only method for such activation. In this report, we demonstrate that methylene chloride (MC) itself can perform the activation role: this process can serve as an alternative “chemical route” for the activation that does not require applying heat. To the best of our knowledge, no previous study has demonstrated this function of MC, although MC has been popularly used in the pretreatment step prior to the thermal activation process. On the basis of a Raman study, we propose a plausible mechanism for the chemical activation, in which the function of MC is possibly due to its coordination with the Cu2+ center and subsequent spontaneous decoordination. Using HKUST-1 film, we further demonstrate that this chemical activation route is highly suitable for activating large-area MOF films. ⓒ 2016 DGIST -
dc.description.tableofcontents 1. INTRODUCTION 1 --
1.1 Metal-Organic Frameworks (MOFs) 1 --
1.2 Analyzation for Structural frame of HKUST-1 2 --
1.3 Open Coordination Sites (OCSs) 3 --
1.4 Present Strategies for Activation of Open Coordination Sites (OCSs) 5 --
1.5 Motivation and Purpose 6 --
2. EXPERIMENTAL DETAILS 8 --
2.1 Material and methods 8 --
2.1.1 Materials 8 --
2.1.2 Synthesis of HKUST-1 9 --
2.1.3 Synthesis of Cu-MOF-2 9 --
2.1.4 Synthesis of HKUST-1film on patterned copper plate 10 --
2.1.5 Thermal activation (TA) of HKUST-1 and Cu-MOF-2 11 --
2.1.6 Chemical activation (CA) of HKUST-1 and Cu-MOF-2 11 --
2.1.7 Exchange of coordinated molecules in HKUST-1 12 --
2.1.8 Sample preparation for the Raman and UV-vis absorption analysis 12 --
2.1.9 Sample preparation for the 1H-NMR measurements 13 --
2.1.10 Sample preparation for measurement of moisture sorption 13 --
2.2 Instrumentation 13 --
3. RESULTS AND DISCUSSION 15 --
1.1 Optical Color Change between Pristine HKUST-1 and Treated HKUST-1 15 --
1.2 Structural Stability and Molecules Dissociation of Thermally Treated HKUST-1 16 --
1.3 Structural stability and Surface Areas of Treated HKUST-1 17 --
1.4 1H-NMR, Raman, and BET Results for Room Temperature Evacuation of HKUST-1 20 --
1.5 The Surest Evidence of Molecules Dissociation for MC treated HKUST-1 21 --
1.6 Raman Spectra and Water sorption Experiments of HKUST-1 23 --
1.7 Raman Spectra of Activated HKUST-1 after Exposure to Ambient Atmosphere 28 --
1.8 Theoretical Studies for Raman Shift of Cu-Cu vibration in HKUST-1 29 --
1.9 1H-NMR, Raman and BET Result for Room Temperature Evacuation of HKUST-1 32 --
1.10 Application to Cu-MOF-2 with Chemical Activation 33 --
1.11 Structural Stability of Treated Cu-MOF-2 36 --
1.12 Application to Large size MOF Films with Chemical Activation 36 --
4. CONCLUSION 38 --
5. REFERENCE 39
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dc.format.extent 50 -
dc.language eng -
dc.publisher DGIST -
dc.subject Metal-organic frameworks (MOFs) -
dc.subject Open coordination sites (OCSs) -
dc.subject Methylene chloride (MC) -
dc.subject Activation -
dc.subject 금속 유기 구조체 -
dc.subject 빈 배위결합 자리(Open coordination sites) -
dc.subject 메틸렌클로라이드(MC) -
dc.subject 활성화(Activation) -
dc.title A Chemical Route to Activation of Open Metal Sites in the Copper-Based Metal−Organic Framework Materials HKUST‑1 and Cu-MOF‑2 -
dc.title.alternative 구리 기반의 금속 유기 구조체 내의 Open Metal Sites의 화학적 경로를 통한 화학적 활성화 -
dc.type Thesis -
dc.identifier.doi 10.22677/thesis.2294160 -
dc.description.alternativeAbstract 금속 유기 구조체는 골격을 이루는 유기 리간드와 이들 리간드 등을 서로 연결하는 금속 이온 또는 금속 산화물 클러스터들이 서로 자가 조립을 통해 3차원적으로 결정 구조화된 나노 다공성 물질을 일컫는다. 금속 유기 구조체는 각 구조체마다 특정 모양의 나노세공 혹은 나노채널이 규칙적으로 배열되어, 높은 내부 표면적을 갖는 특징과 함께, 높은 비율로 분산된 금속 성분 등 뛰어난 물리화학적 특성으로 인해 활발한 연구가 이뤄지고 있는 물질이다. 특히, 빈 배위결합 자리(Open coordination sites)를 가지는 금속 유기 구조체의 경우, 가스 분리, 가스 흡착 및 촉매 등 다양한 응용 분야에 잠재성을 가지고 있는 물질로서 현재 활발히 연구되고 있다. 하지만, 이러한 공정 분야에 응용하기 위해서는 반드시, 빈 결합 자리에 결합되어 있는 용매 분자를 제거하는 활성화 공정이 선행돼야 한다. 현재까지 열과 함께 진공을 이용하여 수행되는 열적 활성화(Thermal Activation)가 유일한 방법으로 이용되고 있다.
본 연구에서는 열적 활성화 방법이 아닌, 화학적인 경로로서 메틸렌 클로라이드(MC) 자체만으로 빈 배위 결합 자리를 화학적 활성화(Chemical Activation)하는 연구를 진행하였다. 메틸렌 클로라이드는 일반적으로 열적 활성화의 전처리 단계로서 사용되고 있지만, 그 자체만으로 빈 배위결합 자리 활성화를 수행할 수 있는 물질로서 알려진 바가 없다. 뿐만 아니라, 금속 유기 구조체의 빈 배위결합 자리와 메틸렌클로라이드와의 배위 결합에 대한 화학적 메커니즘에 대해 정확하게 규명되지 않았다. 본 연구에서, 라만 연구를 기초로 하여 금속 유기 구조체의 빈 배위결합 자리에서 메틸렌 클로라이드가 용매 분자를 탈배위하는 화학적 활성화의 기능을 밝혀내고, 그에 대한 화학적/물리적 메커니즘을 제안하였다. 또한, 금속 유기 구조체인 HKUST-1 Film을 통해서, 제안된 방법이 넓은 면적의 금속 유기 구조체 Film의 빈 배위결합 자리 활성화에 매우 적합하며, 빠르고 용이한 화학적 활성화임을 입증하였다. ⓒ 2016 DGIST
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dc.description.degree Master -
dc.contributor.department Emerging materials Science -
dc.contributor.coadvisor Lee, Jong Soo -
dc.date.awarded 2016. 8 -
dc.publisher.location Daegu -
dc.description.database dCollection -
dc.date.accepted 2016-08-18 -
dc.contributor.alternativeDepartment 대학원 신물질과학전공 -
dc.contributor.affiliatedAuthor Kim, Hong Ki -
dc.contributor.affiliatedAuthor Jeong, Nak Cheon -
dc.contributor.affiliatedAuthor Lee, Jong Soo -
dc.contributor.alternativeName 김홍기 -
dc.contributor.alternativeName 정낙천 -
dc.contributor.alternativeName 이종수 -
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