In-Situ Formed Building Block-Directed Syntheses of Metal-Organic Frameworks and Hydrogen-Bonded Organic Frameworks

Abstract

Metal-organic frameworks (MOFs) and hydrogen-bonded organic frameworks (HOFs) as an emerging class of crystalline porous materials have drawn significant research attention owing to their promising applications in separation, catalysis, and sensing. MOFs and HOFs are commonly self-assembled from pre-designed and pre-synthesized organic building blocks. However, the synthesis of the organic building blocks frequently requires long reaction times and tedious work-up processes. Herein, we propose the use of in-situ formed ligands for the synthesis of MOFs and HOFs. During solvothermal reactions, first, the condensation of naphthalenetetracarboxylic dianhydride with amine compounds affords naphthalenediimide (NDI)-based building blocks, which are then self-assembled into 3-D networks through intermolecular hydrogen bonds. By employing this simple single-step synthesis method, we can synthesize both existing MOFs and HOFs structures, as well as develop new MOFs and HOFs structures.|금속-유기 구조체 및 수소 결합 유기 구조체는 결정화된 다공성 물질의 새로운 분야로, 이들은 분리, 촉매 및 감지 분야에서 유망한 응용 가능성으로 인해 상당한 연구 관심을 끌고 있다. MOFs와 HOFs는 일반적으로 사전에 설계 및 합성된 유기 리간드로부터 자체 조립된다. 그러나 유기 리간드의 합성은 종종 오랜 반응 시간과 번거로운 후처리가 필요하다. 본 논문에서는 MOFs와 HOFs의 합성을 위해 현장에서 형성된 리간드의 사용을 제안한다. 이러한 단일 단계 합성 방법은 유기빌딩블록을 형성하기 위해 필요한 전구체 물질들을 한 바이알 안에 용매에 넣고, 한단계로 바로 합성할 수 있는 방법이다. 용매열반응 중에 나프탈렌테트라카르복실 다이안히드라이드와 아민 화합물의 응결은 나프탈렌디이미드 기반의 구성 요소를 형성하며, 이는 상호 분자간 수소 결합을 통해 3차원 네트워크로 자체 조립된다. 이 간단한 단일 단계 합성 방법을 사용하여 기존 MOF 및 HOF 구조를 합성할 수 있을 뿐만 아니라 새로운 MOF 및 HOF 구조를 개발할 수 있다. 이는 단결정 엑스선 회절 분석과 파우더 엑스선 회절 분석을 통한 피크 비교, 구조 내 거리 비교 등을 통하여 MOF및 HOF가 잘 합성됨을 확인 하였다．