KR101176878B1 - Metal-organic framework with stepwise and hysteretic gas sorption properties and its use for gas storage material and method for manufacturing the same - Google Patents

Metal-organic framework with stepwise and hysteretic gas sorption properties and its use for gas storage material and method for manufacturing the same Download PDF

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Abstract

본 발명은 낮은 압력에서도 기체를 흡착하는 침투 3D 골격체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 [화학식 1]로 표현되는 3D 금속-유기 골격체 또는 이의 용매화물이다. 본 발명의 금속-유기 골격체는 기체 흡탈착이 단계식 및 이력현상을 보이며 낮은 압력뿐만 아니라 다양한 범위의 압력에서 우수한 기체 흡착량을 보인다. 본 발명의 금속-유기 골격체는 기체 저장체로서 흡착 및 분리, 이온교환, 촉매, 센서, 결정학 고안 등의 분야에서 유용하게 사용할 수 있다.The present invention relates to an infiltrating 3D framework that adsorbs gas even at low pressure, and more particularly, is a 3D metal-organic framework or solvate thereof represented by the formula (1). In the metal-organic framework of the present invention, gas adsorption and desorption is stepwise and hysteresis, and shows a good gas adsorption amount at various pressures as well as low pressure. The metal-organic framework of the present invention can be usefully used in the fields of adsorption and separation, ion exchange, catalyst, sensor, crystallographic design, and the like as a gas reservoir.

금속-유기 골격체, 이력현상, 단계식, 낮은 압력 기체 흡착 Metal-organic framework, hysteresis, staged, low pressure gas adsorption

Description

단계식 및 이력현상 기체 흡탈착 특성을 갖는 금속-유기 골격체 및 이를 포함하는 기체 저장체 및 금속-유기 골격체 제조방법{Metal-organic framework with stepwise and hysteretic gas sorption properties and its use for gas storage material and method for manufacturing the same}Metal-organic framework with step-and-hysteresis gas adsorption and desorption properties, and a method for producing a gas-storage and metal-organic framework comprising the same {metal-organic framework with stepwise and hysteretic gas sorption properties and its use for gas storage material and method for manufacturing the same}

본 발명은 낮은 압력에서도 기체를 흡착하는 3D 금속-유기 골격체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 [화학식 1]로 표현되는 침투 3D 금속-유기 골격체 또는 이의 용매화물이며, 이력현상을 가지며 낮은 압력범위를 포함한 다양한 범위의 압력에서 기체를 흡착할 수 있으며, 단계식 및 이력현상 기체 흡탈착 특성을 보이는 3D 금속-유기 골격체 및 이의 용매화물에 관한 것이다. The present invention relates to a 3D metal-organic framework that adsorbs gas even at low pressure, and more particularly, is an infiltrating 3D metal-organic framework or a solvate thereof represented by [Formula 1], having a hysteresis and low pressure. It relates to 3D metal-organic frameworks and solvates thereof that can adsorb gases at various pressures, including ranges, and exhibit staged and hysteresis gas adsorption and desorption properties.

금속-유기 골격체(metal-organic framework, 이하 'MOF'라 함)는 금속염과 유기 리간드로 구성된 일종의 배위 중합체 화합물로서, 선형인 1차, 판상구조인 2차, 그리고 복잡한 3차원적 구조에 이르기까지 다양한 배위구조를 형성한다. 이러한 금속-유기 골격체가 영구적 다공성을 가지는 경우, 분자 흡착 및 분리 공정, 광전자학 등과 같은 다양한 분야에서 잠재적인 응용 가능성을 갖기 때문에 광범위하게 연구되고 있다.Metal-organic frameworks (MOFs) are a type of coordination polymer compound composed of metal salts and organic ligands, ranging from linear primary, plate-like secondary, and complex three-dimensional structures. Form various coordination structures. When such metal-organic frameworks have permanent porosity, they have been widely studied because they have potential applications in various fields such as molecular adsorption and separation processes, optoelectronics and the like.

MOFs의 구축 목적은 특징적이고 다기능적인 성질을 갖는 물질을 얻는 데에 있다. 특히, 유기분자의 선택적 흡착 및 분리[(a) Chen, B. Liang, C. Yang, J. Contreras, D. S. Clancy, Y. L. Lobkovsky, E. B. Yaghi, O. M. Dai, S. Angew . Chem. Int. Ed. 2006, 45, 1390-1393. (b) Choi, H. J. Suh, M. P. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 15844-15851], 금속 나노 입자의 형성[(a) Cheon, Y. E.; Suh, M. P. Chem . Eur . J. 2008, 14, 3961. (b) Schrёder, F.; Esken, D.; Cokoja, M.; van den Berg, M. W. E.; Lebedev, O. I.; Van Tendeloo, G.; Walaszek, B.; Buntkowsky, G.; Limbach, H.-H.; Chaudret, B.; Fischer, R. A. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 6119], 기체의 저장[Lee, Y. G.; Moon, H. R.; Cheon, Y. E.; Suh, M. P. Angew . Chem . 2008, 120, 7855-7859; Angew . Chem ., Int . Ed . 2008, 47, 7741-7745]과 분리[Cheon, Y. E.; Suh, M. P. Chem. Eur. J.2008,14,3961-3967], 이온 교환[Min, K. S.; Suh, M. P. J. Am . Chem . Soc . 2000,122,6834-6840] 및 센서 기술[Chen, B.; Wang, L.; Zapata, F.; Qian, G.; Lobkovsky, E. B. J. Am . Chem . Soc . 2008, 130, 6718-6719]에 적용할 수 있는 잠재력에 주목받고 있다. 하지만 종래에는 낮은 압력에서 기체를 흡착하지 못하였기 때문에 기체의 저장과 분리, 이온 교환 및 센서에 이용하는데 한계가 있었다.The purpose of building MOFs is to obtain materials with characteristic and multifunctional properties. In particular, selective adsorption and separation of organic molecules [(a) Chen, B. Liang, C. Yang, J. Contreras, DS Clancy, YL Lobkovsky, EB Yaghi, OM Dai, S. Angew . Chem. Int. Ed. 2006, 45, 1390-1393. (b) Choi, HJ Suh, MP J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 15844-15851], formation of metal nanoparticles [(a) Cheon, YE; Suh, MP Chem . Eur . J. 2008, 14, 3961. (b) Schröder, F .; Esken, D .; Cokoja, M .; van den Berg, MWE; Lebedev, OI; Van Tendeloo, G .; Walaszek, B .; Buntkowsky, G .; Limbach, H.-H .; Chaudret, B .; Fischer, RA J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 6119], storage of gases [Lee, YG; Moon, HR; Cheon, YE; Suh, MP Angew . Chem . 2008, 120 , 7855-7859; Angew . Chem ., Int . Ed . 2008, 47 , 7741-7745] and isolated [Cheon, YE; Suh, MP Chem . Eur . J .2008, 14, 3961-3967], ion-exchange [Min, KS; Suh, MP J. Am . Chem . Soc . 2000, 122, 6834-6840 and sensor technology [Chen, B .; Wang, L .; Zapata, F .; Qian, G .; Lobkovsky, EB J. Am . Chem . Soc . 2008, 130 , 6718-6719], and the potential to apply. However, in the prior art, since the gas was not adsorbed at low pressure, there was a limit in using the gas for storage and separation, ion exchange, and sensors.

따라서 단결정을 보유하고 외부의 자극에 반응하여 구조를 변화할 수 있는 유연하고 기능적(dynamic)이며 낮은 압력에서도 기체를 흡착할 수 있는 영구적 다공성인 MOFs의 개발이 특정 고안이나 센서의 발전을 위하여 중요하다.Therefore, the development of flexible, dynamic, permanently porous MOFs capable of adsorbing gases at low pressures, which possess single crystals and can change their structure in response to external stimuli is important for the development of specific designs and sensors. .

이에 본 발명은 외부의 자극에 반응하여 구조가 변화하고 낮은 압력에서도 기체를 흡착하여 보다 효과적으로 기체분리장치, 기체저장장치, 이온교환장치 및 센서용으로 이용될 수 있는 영구적 다공성 침투 3D 금속-유기 골격체를 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention changes the structure in response to an external stimulus and adsorbs gas even at low pressure, so that the porous porous 3D metal-organic skeleton can be used for gas separation device, gas storage device, ion exchange device and sensor more effectively. To provide a sieve.

본 발명은 하기 [화학식 1]로 표현되는 상호침투된 3D 골격체인 금속-유기 골격체 또는 이의 용매화물에 관한 것이다.The present invention relates to a metal-organic framework or solvate thereof which is an interpenetrated 3D framework represented by the following [Formula 1].

{[M2(L1)2(L2)]X(Sol1)?Y(Sol2)}n {[M 2 (L1) 2 (L2)] X (Sol1)? Y (Sol2)} n

상기에서 M은 Zn, Cu, Cd 및 Mn으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 금속이고; L1은 BPnDC, OBA 및 CPMA로 이루어진 그룹 중에서 선택된 리간드이며; L2는 bpy, bpe, bpea 및 bpt로 이루어진 그룹 중에서 선택된 리간드이고; Sol1 및 Sol2는 각각 DEF, MeOH, DMF, DMA 및 MeCN 중에서 선택된 어느 하나이고; X와 Y는 각각 0-20까지의 정수이며; n은 0 이상의 정수이고; 상기 골격체는(또는 용매화물은) 이중으로 상호침투된 구조를 갖는다.Wherein M is a metal selected from the group consisting of Zn, Cu, Cd and Mn; L 1 is a ligand selected from the group consisting of BPnDC, OBA and CPMA; L2 is a ligand selected from the group consisting of bpy, bpe, bpea and bpt; Sol1 and Sol2 are each selected from DEF, MeOH, DMF, DMA, and MeCN; X and Y are each an integer from 0-20; n is an integer of at least 0; The framework (or solvate) has a double interpenetrating structure.

본 발명의 금속-유기 골격체는 상호침투된 3D 골격체를 형성하고, 압력에 따 라 질소 및 산소 기체에 대하여는 이력현상을 가진 세 단계 흡착 등온선을 보이며 수소 및 이산화탄소에 대하여는 이력현상을 가진 두 단계 흡착 등온선을 보인다. 이러한 단계식 흡착 거동과 탈착 시 이력현상은 골격체를 기체 저장체로 사용하는 경우 충전보다는 상대적으로 방전이 어렵게 만들어 결과적으로 기체 저장능 및 기체 분리능 등 물성이 유지될 수 있는 기간을 연장시켜주는 효과를 보일 수 있다. 또한 낮은 압력에서도 질소, 산소, 수소, 이산화탄소의 기체 흡착이 가능하다. 이러한 본 발명의 금속-유기 골격체는 기체 저장체로서 흡착 및 분리, 이온교환, 촉매, 센서, 결정학 고안 등의 분야에서 유용하게 사용할 수 있다.The metal-organic framework of the present invention forms an interpenetrating 3D framework, showing three stages of adsorption isotherms with hysteresis for nitrogen and oxygen gases and two steps with hysteresis for hydrogen and carbon dioxide, depending on the pressure. Adsorption isotherm is shown. This step adsorption behavior and hysteresis during desorption make it more difficult to discharge than when the skeleton is used as a gas reservoir, and consequently extends the period in which physical properties such as gas storage capacity and gas separation capacity can be maintained. Can be seen. In addition, gas adsorption of nitrogen, oxygen, hydrogen and carbon dioxide is possible at low pressures. Such a metal-organic framework of the present invention can be usefully used in the fields of adsorption and separation, ion exchange, catalyst, sensor, crystallographic design, etc. as a gas reservoir.

본 발명은 낮은 압력을 포함해서 여러 압력에서 우수한 기체흡수용량을 가지며, 영구적 다공성 및 우수한 표면적을 가지는 이중으로 상호침투된 3D 골격체로서, 기체장치 및 센서용 금속-유기금속-유기 관한 것이다. 또한 외부자극에 반응하여 구조가 바뀌는 본 발명의 금속-유기 골격체는 스위칭(switching), 감지(sensing), 정보 저장과 같은 기능을 가지고, 그 결과 특정 장치(기체분리장치, 기체저장장치 및 이온교환장치 등) 및 센서에 크게 유용하다.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is a dual interpenetrating 3D skeleton having excellent gas absorption capacity at various pressures, including low pressures, having a permanent porosity and a good surface area, and relates to metal-organo-metal-organic for gas devices and sensors. In addition, the metal-organic framework of the present invention, whose structure changes in response to external stimuli, has functions such as switching, sensing, and information storage, and as a result, certain devices (gas separation device, gas storage device, and ion) Exchangers, etc.) and sensors.

한편, 본 발명의 발명자는 DMF와 EtOH 용매를 사용하여 [M2(LIG1)2(LIG2)] 골격체를 제조한 바 있다(LIG1 = BPnDC, 비스(4-카르복시페닐)메탄, N,N-비스(4-카르복시페닐)아민 등, LIG2 = 피라진, 4-4'-바이피리딘, 4-디아자바이사이클로[2,2,2]옥탄 등). 그러나 이 골격체는 상호침투되지 않은 비침투 구조로서, 두 개의 금속 이온이 네 개의 서로 다른 카르복시 리간드에 의해 외륜형태로 결합되어 2차 또는 3차원의 구조를 형성 하고 있으며 그 수직 방향으로는 피리딘 리간드가 결합되어 수직방향으로 확장 또는 연결되는 구조를 이루고 있다.On the other hand, the inventor of the present invention has prepared a [M 2 (LIG1) 2 (LIG2)] framework using DMF and EtOH solvent (LIG1 = BPnDC, bis (4-carboxyphenyl) methane, N, N- LIG2 = pyrazine, 4-4'-bipyridine, 4-diazabicyclo [2,2,2] octane, etc., such as bis (4-carboxyphenyl) amine). However, this framework is a non-invasive structure that is not interpenetrating, and two metal ions are bound together by four different carboxy ligands in the form of an outer ring to form a secondary or three-dimensional structure. Are combined to form a structure that extends or connects in the vertical direction.

반면, 본 발명의 금속-유기 골격체는 두 개의 금속이온이 두 개의 카르복시 리간드와 피리딘 리간드와 결합하여 2차원의 평면구조를 형성한 다음 두 개의 카르복시 리간드가 2차원의 평면구조를 연결하는 기둥의 역할로서 결합되어 3차원의 구조로 확장되어진 것으로서, 위 비침투 골격체와 그 화학식은 유사할지 몰라도 결합방식에 있어서 네 개의 카르복시 리간드가 두 개의 금속이온을 외륜형을 형성하는 것이 아니라는 점에서 그 구조가 전혀 상이하다고 할 수 있다. 뿐만 아니라, 이러한 결합방식 및 골격체의 구조의 차이 외에 전체적으로도 서로 독립적인 두 개의 기본 골격체가 서로 상호침투하고 있다는 점에서 전혀 상이한 화합물이라고 할 수 있으며, 이에 따라 결과적으로 골격체의 물성 역시 크게 상이하다.On the other hand, in the metal-organic framework of the present invention, two metal ions combine with two carboxy ligands and a pyridine ligand to form a two-dimensional planar structure, and then two carboxy ligands connect the two-dimensional planar structure. It is bound as a role and expanded to a three-dimensional structure. The structure may be similar to the above non-invasive framework, but the structure of the four carboxy ligands does not form two ring ions in the outer ring type in the bonding method. Can be said to be completely different. In addition, it is a completely different compound in that two basic frameworks that are independent of each other in addition to each other in addition to the difference in the binding method and the structure of the framework are completely different. As a result, the properties of the framework are also very different. Do.

이와 같이, 일반적으로 2개의 골격체(framework)가 서로 동일한 화학식을 갖더라도 이는 두 골격체 내 원자 또는 분자의 조성이 서로 같다는 것만을 의미할 뿐, 그 구조와 물성까지 동일하다는 것을 의미하지는 않는다. 예를 들어, 금속-유기 골격체는 동일한 화학식을 가지더라도 X-선 결정구조가 서로 상이한 '비침투' 금속-유기 골격체와 '이중 상호침투' 금속-유기 골격체가 있을 수 있다. 이 두 골격체는 X-선로 파악되는 결정구조를 포함하여 골격체의 거시적 또는 미시적 구조가 크게 다르며, 그에 따른 표면적, 공극의 크기나 분포, 이에 따른 기체 흡착능 등의 물성도 크게 상이하다. As such, in general, even if two frameworks have the same chemical formula, this only means that the composition of atoms or molecules in the two frameworks is the same, and does not mean that the structures and physical properties are the same. For example, even though the metal-organic framework has the same chemical formula, there may be a 'non-penetrating' metal-organic framework and a 'double interpenetrating' metal-organic framework having different X-ray crystal structures. These two skeletons differ greatly in their macroscopic or microscopic structure, including the crystal structures identified by X-rays, and the physical properties such as surface area, pore size and distribution, and gas adsorption capacity are greatly different.

이러한 구조 물성의 차이는 주로 골격체를 제조하는 반응조건과 공정순서 등의 차이에 기인하는데 특히 본 발명에서 개시하고 있는 바에 따라 제조하는 경우 상호침투 골격체의 생성물이 확인된다. 다만, 본 발명은 이러한 제법에 한정되지 않고 본 발명의 범위 내에 있는 화학식의 조성을 가지면서 '상호침투' 구조를 보이는 금속-유기 골격체이기만 하면 이를 권리범위에 포함하는 것으로 해석되어야 하며, 특정한 반응조건, 공정조건, 용매조건 등에 한정되어 해석될 수 없음은 명백하다.The difference in the structural properties is mainly due to the difference in reaction conditions and process order for preparing the skeleton, and in particular, the product of the interpenetrating framework can be confirmed when prepared according to the present invention. However, the present invention should not be construed as being included in the scope of rights as long as it is a metal-organic skeleton having a composition of a chemical formula within the scope of the present invention and exhibiting 'interpenetrating' structure, without being limited to such a preparation method, and specific reaction conditions Obviously, the process conditions, solvent conditions and the like cannot be interpreted.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. 금속-유기 골격체는 그 공간을 채우고 있던 객체 분자가 제거되면 붕괴되는 경우가 많고, 열에 대한 불안정성 때문에 고온에서 또는 심지어 저온에서도 진공 하에서 쉽게 파괴되며, 종종 용매에 녹아 건축 단위로 해리되는 경우가 많은 반면, 본 발명에 따른 금속-유기 골격체는 이러한 불안정성이 해소되어 실질적으로 영구적인 다공성을 가진다. 따라서 본 발명에 있어서 “영구적 다공성 골격체” 등의 표현은 이러한 불안정성이 해소되어 실질적으로 영구적인 다공성을 획득한 골격체를 의미하고, 어떠한 극한 조건에서도 영구적인 다공성을 지닌다거나 혹은 열 등의 조건에 전혀 파괴되지 않는 절대적인 안정성을 의미하는 것은 아니다. 금속-유기 골격체가 실질적으로 영구적으로 다공성을 갖추고 있는지 혹은 이와는 달리 온도나 압력 또는 용매의 조건 등에 의해 쉽게 분해되어 실질적으로 불안정한지는 간단한 실험 등을 통해 쉽게 확인할 수 있으며, 이러한 점은 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 사용되는 의미로서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면 쉽게 이해할 수 있다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. Metal-organic frameworks often decay when the object molecules that occupy their space are removed, are easily destroyed under vacuum at high or even low temperatures due to heat instability, often dissolved in solvents and dissociated into building units On the other hand, the metal-organic frameworks according to the invention have this instability resolved and have a substantially permanent porosity. Therefore, in the present invention, the expression "permanent porous framework" and the like refers to a framework in which such instability is resolved to obtain a substantially permanent porosity, and has a permanent porosity under any extreme conditions or a condition such as heat. It does not mean absolute stability that is not destroyed at all. Whether the metal-organic framework is substantially permanently porous or otherwise easily decomposed due to temperature, pressure, or solvent conditions can be easily determined through simple experiments. As it is widely used in the field, it will be easily understood by those skilled in the art.

본 발명은 긴 유기 연결기(링커)를 포함하고 이중으로 상호침투된 금속-유기 골격체를 제조하여 넓은 표면적과 큰 기공부피를 가짐으로써 수소뿐만 아니라 질소, 이산화탄소 및 메탄기체의 흡착량을 증가시킨다. The present invention increases the adsorption amount of nitrogen, carbon dioxide and methane gas as well as hydrogen by producing a long organic linker (linker) and having a double interpenetrating metal-organic framework having a large surface area and large pore volume.

본 발명에서 '침투' 또는 '상호침투'(interpenetrated) 구조란 당업계에서 널리 사용되고 이해되는 의미로 사용되었으며, 선형으로 이루어진 하나의 유닛이 또 다른 유닛과 화학적 결합 없이도 물리적으로 결합되어 있는 구조를 의미한다.In the present invention, the term 'penetration' or 'interpenetrated' structure is used in the meaning and widely understood in the art, and refers to a structure in which one linear unit is physically bonded to another unit without chemical bonding. do.

본 발명의 일측면은 하기 [화학식 1]로 표현되는 3D 금속-유기 골격체 또는 이의 용매화물에 관한 것이다.One aspect of the present invention relates to a 3D metal-organic framework or a solvate thereof represented by the following [Formula 1].

[화학식 1][Formula 1]

{[M2(L1)2(L2)]X(Sol1)?Y(Sol2)}n {[M 2 (L1) 2 (L2)] X (Sol1)? Y (Sol2)} n

상기에서 M은 Zn, Cu, Cd 및 Mn으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 금속이고; L1은 BPnDC, OBA 및 CPMA로 이루어진 그룹 중에서 선택된 리간드이며; L2는 bpy, bpe, bpea 및 bpt로 이루어진 그룹 중에서 선택된 리간드이고; Sol1 및 Sol2는 각각 DEF, MeOH, DMF, DMA 및 MeCN 중에서 선택된 어느 하나이고; X와 Y는 각각 0-20까지의 정수이고; n은 0 이상의 정수이면서 상기 골격체 또는 용매화물은 이중으로 상호침투된 3D 구조를 갖는다.Wherein M is a metal selected from the group consisting of Zn, Cu, Cd and Mn; L 1 is a ligand selected from the group consisting of BPnDC, OBA and CPMA; L2 is a ligand selected from the group consisting of bpy, bpe, bpea and bpt; Sol1 and Sol2 are each selected from DEF, MeOH, DMF, DMA, and MeCN; X and Y are each an integer from 0-20; n is an integer of 0 or more and the framework or solvate has a double interpenetrating 3D structure.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 [화학식 1]의 금속-유기 골격체는 랭뮤어 표면적은 100-3500 m2/g, 바람직하게는 200-2800 m2/g이고; BET 표면적은 100-2000 m2/g, 바람직하게는 200-1800 m2/g이며; 기공 부피는 0.05-4.5 cm2/g, 바람직 하게는 0.08-3.0 cm2/g이고; 기공 직경은 3-20 Å, 바람직하게는 5-18 Å이다.According to an embodiment of the present invention, the metal-organic skeleton of [Formula 1] has a Langmuir surface area of 100-3500 m 2 / g, preferably 200-2800 m 2 / g; The BET surface area is 100-2000 m 2 / g, preferably 200-1800 m 2 / g; Pore volume is 0.05-4.5 cm 2 / g, preferably 0.08-3.0 cm 2 / g; The pore diameter is 3-20 mm 3, preferably 5-18 mm 3.

또한 상기 [화학식 1]의 금속-유기 골격체는 낮은 압력에서도 기체를 흡착할 수 있으며, 77-310 K 및 0.0001-110 bar에서 기체를 흡착한다.In addition, the metal-organic framework of [Formula 1] can adsorb gas even at low pressure, and adsorb gas at 77-310 K and 0.0001-110 bar.

상기 [화학식 1]의 금속-유기 골격체는 산소 및 질소기체를 세 단계로 흡착할 수 있으며, 수소 및 이산화탄소는 두 단계로 흡착할 수 있다.The metal-organic framework of [Formula 1] may adsorb oxygen and nitrogen gas in three stages, and hydrogen and carbon dioxide may adsorb in two stages.

산소 기체는 75-90 K에서 ① 0.00035-0.003 bar일 때 9-27 중량%, 바람직하게는 11-25 중량%, ② 0.005-0.08 bar일 때 20-35 중량%, 바람직하게는 21-28 중량% 및 ③ 0.1-1.0 bar일 때 33-59 중량%, 바람직하게는 37-54 중량%로 흡착된다. 질소 기체는 77-90 K에서 ① 0.0005-0.003 bar일 때 4-12 중량%, 바람직하게는 6-10 중량%, ② 0.005-0.3 bar일 때 11-30 중량%, 바람직하게는 13-28 중량% 및 ③ 0.7-1.2 bar일 때 28-35 중량%, 바람직하게는 29-34 중량%로 흡착된다. 수소 기체는 75-80 K에서 ① 10-25 bar일 때 0.5-2.5 중량%, 바람직하게는 0.5-2.0 중량%, ② 70-100 bar일 때 4-7.5 중량%, 바람직하게는 4.5-7 중량% 흡착된다. 이산화탄소는 180-280 K에서 ① 0.05-0.25 bar일 때 8-15 중량%, 바람직하게는 9-14 중량%, ② 0.5-10 bar일 때 1-50 중량%, 바람직하게는 2-45 중량%이며, 285-300K에서 ① 7-9 bar일 때 8-13 중량%, 바람직하게는 9-11 중량%, ② 35-45 bar일 때 22-36 중량%, 바람직하게는 25-33 중량%로 흡착된다. Oxygen gas is 9-27 wt%, preferably 11-25 wt% at ① 0.00035-0.003 bar at 75-90 K, ② 20-35 wt% at preferably 0.005-0.08 bar, preferably 21-28 wt% % And ③ are adsorbed at 33-59% by weight, preferably 37-54% by weight, at 0.1-1.0 bar. The nitrogen gas is 4-12% by weight at 1 .00505-0.003 bar, preferably 6-10% by weight, 77-90 K, 11-30% by weight at 0.005-0.3 bar, preferably 13-28% by weight. % And ③ adsorbed at 28-35% by weight, preferably 29-34% by weight, at 0.7-1.2 bar. The hydrogen gas is 0.5-2.5% by weight, preferably 0.5-2.0% by weight at 10-25 bar, at 75-80 K, 2-7.5% by weight, preferably 4.5-7% at 70-100 bar. % Is adsorbed. Carbon dioxide is 8-15% by weight at 0.05-0.25 bar, preferably 9-14% by weight at 180-280 K, 1-50% by weight at 0.5-10 bar, preferably 2-45% by weight. 8-13% by weight at 785 bar, preferably 9-11% by weight at 285-300K, 22-36% by weight at 35-45 bar, preferably 25-33% by weight. Is adsorbed.

본 발명에서 있어서, 바람직한 일 구현예의 표현으로 표면적, 기공 부피와 같은 물성에 대해 일정 범위로 기재되어 있는 경우가 있는데, 이와 같은 물성이 본 발명에서 한정된 범위를 가져야만, 본 발명의 상호 침투된 3D 골격체를 형성하여 본 발명의 해당 구현예가 목적하는 바와 같이 기체 저장체로서 흡착 및 분리, 이온교환, 촉매, 센서, 결정학 고안 등의 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.In the present invention, there is a case where a certain range of physical properties such as surface area and pore volume are described as a representation of a preferred embodiment, and such physical properties must have a limited range in the present invention, and thus the interpenetrated 3D of the present invention Forming a framework can be usefully used in the fields of adsorption and separation, ion exchange, catalysts, sensors, crystallographic design, and the like as gas reservoirs as the desired embodiments of the present invention are intended.

위와 같은 범위의 물성은 동일한 구조의 금속-유기 골격체에 있어서 종래에 전혀 달성할 수 없었던 정도로서, 본 발명의 실시예에 기재되어 있는 구체적인 공정을 따라 제조함으로써 제조될 수 있었으나, 다만 본 발명은 이러한 제조방법에 의해 한정된다고 해석될 수 없으며 상기 구조를 가지면서 상기 물성을 만족하는 모든 화합물을 포함하고 있다고 할 수 있다는 점은 자명하다.Although the physical properties in the above ranges could not be achieved at all in the metal-organic framework of the same structure in the past, the physical properties could be prepared by following the specific process described in the Examples of the present invention, but the present invention is It cannot be interpreted as being limited by the manufacturing method, and it can be said that it can be said that it contains all the compounds which have the said structure and satisfy | fill the said physical property.

본 발명에서 BPnDC는 벤조페논 4,4'-디카르복시산(benzophenone 4,4'-dicarboxylic acid), OBA는 4,4'-옥시비스벤조산, CPMA는 비스(4-카복시페닐)-N-메틸아민), bpy는 4,4'-바이피리딘, bpe는 트랜스-1,2-비스(4-피리딜)에틸렌, bpea는 1,2-비스(4-피리딜)에탄, bpt는 3,5-비스(피리딘-4-일)-1,2,4-트리아졸, DEF는 디에틸포름아마이드를 의미한다. In the present invention, BPnDC is benzophenone 4,4'-dicarboxylic acid, OBA is 4,4'-oxybisbenzoic acid, and CPMA is bis (4-carboxyphenyl) -N-methylamine ), bpy is 4,4'-bipyridine, bpe is trans-1,2-bis (4-pyridyl) ethylene, bpea is 1,2-bis (4-pyridyl) ethane, bpt is 3,5- Bis (pyridin-4-yl) -1,2,4-triazole, DEF means diethylformamide.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 [화학식 1]의 금속-유기 골격체는 하기 [화학식 2]로 표현되는 금속-유기 골격체에 관한 것이다.According to one embodiment of the present invention, the metal-organic skeleton of [Formula 1] relates to a metal-organic skeleton represented by the following [Formula 2].

[M2(BPnDC)2(bpy)]n[M 2 (BPnDC) 2 (bpy)] n

상기 [화학식 2]의 금속-유기 골격체는 랭뮤어 표면적이 200-2000 m2/g, BET 표면적이 200-1500 m2/g, 기공 부피가 0.1-1.5 cm2/g, 기공 직경이 4-15 Å인 것이 바람직하다. The metal-organic skeleton of [Formula 2] has a Langmuir surface area of 200-2000 m 2 / g, BET surface area of 200-1500 m 2 / g, pore volume of 0.1-1.5 cm 2 / g, pore diameter of 4 It is preferable that it is -15 Hz.

또한 상기 [화학식 2]의 금속-유기 골격체는 77-310 K 및 0.0003-110 bar에서 기체를 흡착할 수 있다.In addition, the metal-organic framework of [Formula 2] may adsorb gas at 77-310 K and 0.0003-110 bar.

상기 [화학식 2]의 금속-유기 골격체는 산소 기체를 75-90 K에서 ① 0.0004-0.0025 bar일 때 10-23 중량%, 바람직하게는 12-22 중량%, ② 0.01-0.06 bar일 때 20-30 중량%, 바람직하게는 21-28 중량% 및 ③ 0.15-0.8 bar일 때 35-55 중량%, 바람직하게는 37-53 중량% 흡착한다.The metal-organic skeleton of [Formula 2] is 10-23% by weight, preferably 12-22% by weight, when the oxygen gas is ① 0.0004-0.0025 bar at 75-90 K, ② 20 when 0.01-0.06 bar Adsorb 35-55% by weight, preferably 37-53% by weight at -30% by weight, preferably 21-28% by weight and ③ 0.15-0.8 bar.

또한 [화학식 2]의 금속-유기 골격체는 질소 기체를 77-90 K에서 ① 0.0009-0.003 bar 일 때 6-9 중량%, 바람직하게는 6-8 중량%, ② 0.01-0.1 bar일 때 15-25 중량%, 바람직하게는 16-23 중량% 및 ③ 0.8-1.0 bar일 때 29-34 중량%, 바람직하게는 30-33 중량% 흡착한다. In addition, the metal-organic skeleton of [Formula 2] is 6-9% by weight, preferably 6-8% by weight, and ② 0.01-0.1 bar when nitrogen gas is ① 0.0009-0.003 bar at 77-90 K. Adsorb 29-34% by weight, preferably 30-33% by weight at -25% by weight, preferably 16-23% by weight and ③ 0.8-1.0 bar.

또한 [화학식 2]의 금속-유기 골격체는 수소 기체를 75-80 K에서 ① 13-22 bar일 때 0.7-2.0 중량%, 바람직하게는 0.9-1.5 중량% 및 ② 80-95 bar일 때 4.5-7 중량%, 바람직하게는 5-7 중량% 흡착한다.In addition, the metal-organic framework of [Formula 2] is 0.7-2.0% by weight, preferably 0.9-1.5% by weight and ② 80-95 bar when hydrogen gas is ① 13-22 bar at 75-80 K. -7% by weight, preferably 5-7% by weight adsorption.

또한 [화학식 2]의 금속-유기 골격체는 이산화탄소를 180-280 K에서 ① 0.05-0.25 bar일 때 9-15 중량%, 바람직하게는 10-14 중량%, ② 0.5-10 bar일 때 3-50 중량%, 바람직하게는 4-45 중량% 흡착하며, 285-300K에서 ① 7-9 bar일 때 8-12 중량%, 바람직하게는 9-11 중량%, ② 35-45 bar일 때 25-36 중량%, 바람직하게는 26-33 중량% 흡착한다.In addition, the metal-organic framework of [Formula 2] is 9-15% by weight, preferably 10-14% by weight, and 0.5-10 bar at 1,05-0.25 bar of carbon dioxide at 180-280 K. Adsorbs 50% by weight, preferably 4-45% by weight, 8-12% by weight at 785 bar, preferably 9-11% by weight at 285-300K, 25- at 35-45 bar. 36% by weight, preferably 26-33% by weight adsorption.

상기와 같이 질소 및 산소기체에 대하여 주목할 만한 이력현상을 가진 세 단 계 흡착등온선을 나타내며, 수소 및 이산화탄소에 대해서는 두 단계 흡착등온선을 나타낸다.As shown above, it shows three-stage adsorption isotherms with notable hysteresis for nitrogen and oxygen gas, and two-stage adsorption isotherms for hydrogen and carbon dioxide.

상기 [화학식 2]의 금속-유기 골격체는 하기 [화학식 3]의 용매화물을 40-80 ℃의 진공 하에서 1-3 시간 동안 가열하여 탈용매화함으로써 제조되는 것이 바람직하다.The metal-organic skeleton of [Formula 2] is preferably prepared by heating the solvate of [Formula 3] under a vacuum of 40-80 ° C. for 1-3 hours to desolvate it.

{[M2(BPnDC)2(bpy)]?6MeOH}n {[M 2 (BPnDC) 2 (bpy)]? 6MeOH} n

상기 [화학식 3]의 금속-유기 골격체는 랭뮤어 표면적이 300-2000 m2/g, BET 표면적이 300-1400 m2/g, 기공 부피가 0.1-1.4 cm2/g, 기공 직경이 4-13 Å인 것이 바람직하다.The metal-organic skeleton of [Formula 3] has a Langmuir surface area of 300-2000 m 2 / g, BET surface area of 300-1400 m 2 / g, pore volume of 0.1-1.4 cm 2 / g, pore diameter of 4 It is preferable that it is -13 Hz.

하기 [화학식 4]는 H2BPnDC와 bpy리간드를 DEF로 용해한 후 M(NO3)2?6H2O을 MeOH에 용해한 것을 서로 섞어 20-28 시간 동안 60-100 ℃로 가열하여 제조하며, 상기 [화학식 3]의 금속-유기 골격체는 하기 [화학식 4]의 DEF와 MeOH을 MeOH로 교환하는 게스트 분자 변형에 의하여 제조되는 것이 바람직한데 이 게스트 분자 변형은 탈용매에 의하여 일어난다.[Formula 4] is prepared by dissolving H 2 BPnDC and bpy ligand in DEF and M (NO 3 ) 2 ~ 6H 2 O dissolved in MeOH mixed with each other and heated to 60-100 ℃ for 20-28 hours, The metal-organic framework of [Formula 3] is preferably prepared by a guest molecule modification of exchanging DEF and MeOH with MeOH of [Formula 4], which is caused by a desolvent.

{[M2(BPnDC)2(bpy)]?2DEF?2MeOH}n{[M 2 (BPnDC) 2 (bpy)]? 2DEF? 2MeOH} n

상기 [화학식 4]의 금속-유기 골격체는 랭뮤어 표면적이 300-2000 m2/g, BET 표면적이 200-1400 m2/g, 기공 부피가 0.2-1.4 cm2/g, 기공 직경이 4-14 Å인 것이 바람직하다. The metal-organic framework of [Formula 4] has a Langmuir surface area of 300-2000 m 2 / g, BET surface area of 200-1400 m 2 / g, pore volume of 0.2-1.4 cm 2 / g, pore diameter of 4 It is preferable that it is -14 Hz.

본 발명의 실시예에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 골격체가 연성이라는 점과 게스트 분자의 제거 또는 재용매화(reintroduction)에 의해 골격체의 구조가 가역적으로 변화한다.As can be seen in the examples of the present invention, the structure of the framework is reversibly changed by the fact that the framework of the invention is soft and by removal or reintroduction of guest molecules.

본 발명의 또 다른 측면은 상기 [화학식 1]의 금속-유기 골격체를 포함하는 기체 저장체를 이용하는 기체 장치로서 기체저장장치, 기체분리장치, 기체센서장치 및 이온교환장치와 같은 기체 장치를 포함한다. Another aspect of the present invention is a gas device using a gas reservoir containing the metal-organic skeleton of the formula [1] includes a gas device such as a gas storage device, gas separation device, gas sensor device and ion exchange device do.

상기 기체로는 특히 질소, 이산화탄소, 메탄, 수소, 산소 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 것이 바람직하다. 특히, 하기의 실험예에서 확인한 바와 같이, [화학식 2]의 이산화탄소 대 메탄기체의 선택적인 기체흡탈착특성은 기체분리시스템에 유용하게 적용될 수 있다. The gas is particularly preferably selected from nitrogen, carbon dioxide, methane, hydrogen, oxygen and mixtures thereof. In particular, as confirmed in the following experimental example, the selective gas adsorption and desorption characteristics of the carbon dioxide to methane gas of [Formula 2] can be usefully applied to the gas separation system.

이하, 실시예는 본 발명의 내용을 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 이에 의하여 본 발명의 범위가 결코 한정되어 해석될 수 없다.The following Examples are intended to specifically explain the contents of the present invention, whereby the scope of the present invention is never limited and can be interpreted.

특히, 본 발명에 속하는 화합물로서 이하의 제조예, 실시예 및 실험예에 기재되지 않은 화합물에 대해서도 본 발명의 개시내용에 기초한다면 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 당업계의 상식에 기초하면 매우 용이하게 제조하여 수득할 수 있다는 점은 매우 자명하다고 할 것이다.In particular, if a compound belonging to the present invention is not described in the following Preparation Examples, Examples, and Experimental Examples, based on the disclosure of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains are based on common knowledge in the art. It can be said that it can be easily manufactured and obtained.

실시예Example

하기 실시예에서, 합성에 사용된 모든 화학물질과 용매는 시약급으로 추가적인 정제 없이 사용하였다. 적외선 분광법은 Perkin Elmer Spectrum One FT-IR 분광 광도계로 기록하였으며, 원소분석은 Perkin-Elmer 2400 Series II CHN 분석기로 수행하였다. 또한 온도중량측정(Thermogravimetric analysis, TGA)은 TA 인스트러먼트사의 TGA Q50 및 DSC Q10를 이용하여, 각각 스캔속도 5 ℃/분으로 N2하에서 수행하였으며, 고분해능 분말 X-선 회절(PXRD) 데이터는 싱크로트론 라디에이션 소스(l = 1.22152 Å, scan speed = 0.01o/sec, step size = 0.01o in 2θ)를 이용하여 빔라인 11A1 PXS에서 측정하였다.In the examples below, all chemicals and solvents used in the synthesis were used as reagent grade without further purification. Infrared spectroscopy was recorded with a Perkin Elmer Spectrum One FT-IR spectrophotometer, and elemental analysis was performed with a Perkin-Elmer 2400 Series II CHN analyzer. In addition, thermogravimetric analysis (TGA) was performed under N 2 at a scanning rate of 5 ° C./min using TA Instruments' TGA Q50 and DSC Q10, respectively, and high resolution powder X-ray diffraction (PXRD) data were obtained. Measurement was performed on beamline 11A1 PXS using a synchrotron radiation source ( l = 1.22152 Hz, scan speed = 0.01 o / sec, step size = 0.01 o in 2θ).

실시예Example 1: {[ One: {[ ZnZn 22 (( BPnDCBPnDC )) 22 (bpy)]?2(bpy)]? 2 DEFDEF ?2?2 MeOHMeOH }n (1)} n (1)

BPnDC (0.054 g, 2.0 x 10-4mol) 및 bpy (0.016 g, 1.1 x 10-4mol)를 DEF (6 mL)에 용해하였고, Zn(NO3)2?6H2O(0.080 g, 2.7 x 10-4mol)을 MeOH (3 mL)에 용해하였다. 용액을 서로 섞고 실리콘 스토퍼와 알루미늄 씰(seal)로 단단히 마개를 덮어 유리 세럼 병에 두고 24 시간 동안 80 ℃에서 가열하였다. 실온까지 냉각하자, 무색의 막대모양 결정이 형성되었고, 이를 여과하고 메탄올로 간단히 씻어냈다.BPnDC (0.054 g, 2.0 x 10 -4 mol) and bpy (0.016 g, 1.1 x 10 -4 mol) was dissolved in a DEF (6 mL), Zn ( NO 3) 2? 6H 2 O (0.080 g, 2.7 x 10 -4 mol) was dissolved in MeOH (3 mL). The solutions were mixed with each other, tightly capped with a silicone stopper and an aluminum seal, placed in a glass serum bottle and heated at 80 ° C. for 24 hours. Upon cooling to room temperature, colorless rod-like crystals formed which were filtered off and simply washed off with methanol.

수율(Yield): 0.08 g (67%). (1)에 대한 FT-IR (Nujol mull): νO-H, 3608, 3468; νC=O( DEF ), 1670;νC=O( BPnDC ), 1658; νC=C( aromatic ), 1607; νO-C=O( carboxylate ), 1558 cm-1. Zn2C52H54O14N4에 대한 원소분석(계산값): C, 57.31; H, 4.99; N, 5.14. 실측값: C, 56.63; H, 4.52; N, 5.10. Yield: 0.08 g (67%). FT-IR (Nujol mull) for (1): ν OH , 3608, 3468; ν C═O ( DEF ) , 1670; ν C═O ( BPnDC ) , 1658; ν C═C ( aromatic ) , 1607; ν OC = O ( carboxylate ) , 1558 cm −1 . Elemental Analysis for Zn 2 C 52 H 54 O 14 N 4 (calculated): C, 57.31; H, 4.99; N, 5.14. Found: C, 56.63; H, 4.52; N, 5.10.

실시예Example 2: {[ 2: {[ ZnZn 22 (( BPnDCBPnDC )) 22 (bpy)]?6(bpy)]? 6 MeOHMeOH }n (2)} n (2)

(1)의 결정을 10 시간 동안 메탄올에 침지하고 그 용매를 폐기하였다. 새로운 메탄올을 보충하고, 모든 DEF 게스트 분자를 MeOH로 교체하기 위하여 결정을 12 시간 동안 추가로 침지하였다.The crystal of (1) was immersed in methanol for 10 hours and the solvent was discarded. The crystals were further immersed for 12 hours to replenish fresh methanol and replace all DEF guest molecules with MeOH.

(2)에 대한 FT-IR (Nujol mull): νO-H, 3369; νC=O(BPnDC), 1659; νC=C(aromatic), 1607; νO-C=O(carboxylate), 1557 cm-1 . Zn2C44H44O16N2에 대한 원소분석(계산값): C, 52.55; H, 4.61; N, 2.79. 실측값: C, 52.93; H, 4.76; N, 2.79.FT-IR (Nujol mull) for (2): ν OH , 3369; ν C═O (BPnDC) , 1659; ν C = C (aromatic) , 1607; ν OC = O (carboxylate) , 1557 cm -1 . Elemental Analysis for Zn 2 C 44 H 44 O 16 N 2 (calculated): C, 52.55; H, 4.61; N, 2.79. Found: C, 52.93; H, 4.76; N, 2.79.

실시예Example 3: [ 3: [ ZnZn 22 (( BPnDCBPnDC )) 22 (bpy)]n (3)(bpy)] n (3)

(2)를 1.5 시간 동안 진공 하 60 ℃ 슈렌크 튜브(Schlenk tube) 내에서 가열하였다.(2) Heated in vacuum at 60 ° C. Schlenk tube for 1.5 h.

FT-IR (Nujol mull): νC=O( BPnDC ), 1667; νC=C( aromatic ), 1609; νO-C=O( carboxylate ), 1588 cm-1. Zn2C40H24O10N2에 대한 원소분석(계산값): C, 58.35; H, 2.94; N, 3.40. 실측값: C, 57.70; H, 2.71; N, 3.39.FT-IR (Nujol mull): ν C═O ( BPnDC ) , 1667; ν C═C ( aromatic ) , 1609; ν OC = O ( carboxylate ) , 1588 cm −1 . Elemental Analysis for Zn 2 C 40 H 24 O 10 N 2 (calculated): C, 58.35; H, 2.94; N, 3.40. Found: C, 57.70; H, 2.71; N, 3.39.

실험예Experimental Example 1. 압력에 따른 기체 흡탈착 1. Gas adsorption and desorption according to pressure

1-1: 낮은 압력 기체 1-1: low pressure gas 흡탈착Adsorption and desorption 연구 Research

기체 흡착-탈착 실험을 자동화된 마이크로기공 기체 분석기 Autosorb-1 또는 Autosorb-3B (Quantachrome Instruments)으로 수행하였다. 합성된 (2)의 결정을 기체-흡탈착 기기로 직접 도입하였고, 탈기체 과정은 1.5 시간 동안 진공 하 60 ℃ 에서 시료를 가열함으로써 수행하였다. 이때, 사용된 모든 기체는 99.999% 순도이다.Gas adsorption-desorption experiments were performed with an automated micropore gas analyzer Autosorb-1 or Autosorb-3B (Quantachrome Instruments). The synthesized crystal of (2) was introduced directly into the gas-adsorption and desorption apparatus, and the degassing process was performed by heating the sample at 60 ° C. under vacuum for 1.5 hours. At this time, all the gases used were 99.999% pure.

질소 및 산소기체 흡탈착 등온선은 77 K 및 87 K에서 측정하였고, 수소 등온선은 77 K에서 측정하였다. 또한 이산화탄소 및 메탄기체 흡탈착 등온선은 정지된 부피측정 방법에 의해 각 평형압력에서 195 K에서 측정하였다.Nitrogen and oxygen gas adsorption and desorption isotherms were measured at 77 K and 87 K, and hydrogen isotherms were measured at 77 K. Carbon dioxide and methane gas adsorption and desorption isotherms were measured at 195 K at each equilibrium pressure by a stationary volumetric method.

각 기체 흡탈착 측정 후, 시료무게는 다시 정확하게 측정하였다. 또한 표면적과 총 기공부피는 77 K에서 N2 흡착 등온선으로부터 결정하였다. 다점 BET (Brunauer-Emmett-Teller) 및 랭뮤어 표면적의 평가를 위하여 데이터는 각각 P/P 0 =0.040-0.16 및 P/P 0 =0.029-0.31 범위에서 얻었다.After each gas adsorption and desorption measurement, the sample weight was again measured accurately. Surface area and total pore volume were also determined from N 2 adsorption isotherms at 77 K. Multi-point BET (Brunauer-Emmett-Teller) and Lange for the evaluation of specific surface area data is Muir each P / P 0 = 0.040-0.16 and P / P 0 = 0.029 to 0.31 was obtained in the range.

1-2: 높은 압력 기체 1-2: high pressure gas 흡탈착Adsorption and desorption 측정 Measure

(3)에 대한 높은 압력 기체 흡탈착 등온선은 Rubotherm MSB (magnetic suspension balance)기기를 사용하여 중량측정 방법에 의해 측정하였다. 이때 사용된 모든 기체는 99.999% 순도이다. 수소 흡탈착 등온선 77 K 와 298 K에서 측정하 였고, 이산화탄소 및 메탄 흡탈착 등온선은 298 K에서 측정하였다.High pressure gas adsorption and desorption isotherms for (3) were measured by gravimetric method using a Rubotherm MSB (magnetic suspension balance) instrument. All gases used were 99.999% pure. Hydrogen adsorption and desorption isotherms were measured at 77 K and 298 K, while carbon dioxide and methane adsorption and desorption isotherms were measured at 298 K.

고체 (2)는 2 시간 동안 진공 하 60 ℃ 슈렌크 튜브(Schlenk tube) 내에서 가열하였고, 건조된 고체는 정확히 측정하여 기체 흡탈착 기기로 도입하였으며, 진공 하 60 ℃에서 활성화하였다. 기체 흡탈착 측정 전에 골격체 골격의 부피를 얻기 위하여 He 등온선(90 bar까지)을 298 K에서 측정하였다. 초과(excess) 흡탈착 등온선을 측정하고, 각 압력과 온도에 대응하는 기체의 밀도를 (3) 골격체 골격의 부피에 곱함으로써 부력에 대하여 데이터를 보정하였다. 중량 데이터(중량%)를 부피 데이터(g/L)로 단위를 전환함에 있어서, 탈용매된 (2)(d=1.106g/cm3)의 결정학적인 밀도를 적용하였다.Solid (2) was heated in a 60 ° C. Schlenk tube under vacuum for 2 hours, and the dried solid was accurately measured and introduced into a gas adsorption and desorption instrument, and activated at 60 ° C. under vacuum. He isotherms (up to 90 bar) were measured at 298 K to obtain the volume of the skeletal framework prior to gas adsorption and desorption measurements. The data were corrected for buoyancy by measuring excess adsorption and desorption isotherms and multiplying the density of the gas corresponding to each pressure and temperature by the volume of the skeleton skeleton (3). In converting the weight data (% by weight) into volume data (g / L), the crystallographic density of desolvated (2) ( d = 1.106 g / cm 3 ) was applied.

실험예Experimental Example 2. X-선 결정학 2. X-ray crystallography

(1) 및 (2)의 회절 데이터는 포항가속기연구소(PAL) 고분자 결정학 II 6C1에서 싱크로트론 복사광(synchrotron radiation)((1)에 대하여 λ= 0.79998 및 (2)에 대하여 λ= 82655)을 가진 Quantum 210 CCD회절계로 100 K에서 수집하였다. 결정은 게스트 분자의 손실을 막기 위해 파라톤 오일(Paraton oil)로 뒤덮었고, 결정은 총 360o를 거쳐 회전하였다. 미가공 데이터는 프로그램 HKL2000을 이용하여 가공하였고 스케일링하였다. 결정구조는 SHELXL - 97컴퓨터 프로그램을 이용한 분석법(full-matrix least-squares)으로 세밀하게 분석하였다. 수소 원자가 없는 위치는 이방성 치환요소로 정제하였다. 수소 원자는 라이딩 모델을 이용하여 지리적으로 위치시켰다. (1) 및 (2)에서 무질서한 게스트 분자의 밀도는 PLATON의 SQUEEZE 옵션을 사용 하여 플래트닝시켰다.(One) And the diffraction data of (2) are Quantum 210 CCDs with synchrotron radiation (λ = 0.79998 for (1) and λ = 82655 for (2)) at Pohang Accelerator Laboratory (PAL) Polymer Crystallography II 6C1. Collected at 100 K with a diffractometer. The crystals were covered with Paraton oil to prevent loss of guest molecules, and the crystals rotated through a total of 360 ° . Raw data was processed and scaled using the program HKL2000. Crystal structures were analyzed in detail by full-matrix least-squares analysis using the SHELXL - 97 computer program. Positions without hydrogen atoms were purified with anisotropic substitutions. Hydrogen atoms were geographically located using the riding model. (One) And the density of the disordered guest molecules in (2) was flattened using PLATON's SQUEEZE option.

실험예Experimental Example 3. 고체 (1), (2) 및 (3)의 X-선 구조 및 특성 3. X-ray structure and properties of solids (1), (2) and (3)

(1)의 무색결정을 24 시간 동안 80 ℃에서 DEF/MeOH상에서 Zn(NO3)2?6H2O, H2BPnDC(benzophenone4,4'-dicarboxylicacid) 및 4,4'-bipyridine (bpy)의 용매열 반응으로부터 합성하였다. 도 1에서, (1)의 단결정 X-선 구조는 이중으로 상호침투하는 3D 배위망을 보인다. Zn2 클러스터 단위를 연결하는 기둥의 금속 이온 또는 유형에 차이점은 골격체 구조에 중대한 영향을 미친다. (1)에서, 비대칭 단위 내에 두 개의 다른 Zn 원자(Zn1 및 Zn2)가 있다. Zn1은 세 개의 다른 BPnDC2 - 리간드로 부터 세 개의 산소 원자와 그리고 bpy의 하나의 질소 원자와 배위되어 사면체의 입체 구조를 보인다. Zn2는 기형의 팔면체 입체 구조 형상을 위해 bpy에서 하나의 질소원자와 4개의 다른 BPnDC2- 리간드에서 다섯 개의 산소 원자가 배위된다. Zn-OBPnDC 2-결합거리는 평균 2.073(1) Å이고, Zn-Nbpy 결합거리는 평균 2.048(2) Å이다. 그들은 두 종류의 결정학상의 자유 BPnDC2 - 리간드가 있다(BPnDC-1 및 BPnDC-2). BPnDC-1 및 BPnDC-2는 네자리 리간드처럼 움직인다. BPnDC-1에 있는 두 개의 카르복실레이트 그룹은 두 개의 ZnII이온이 킬레이트화하는 이좌배위자 모델(도 2(a) 및(b))을 채택한다. BPnDC-2에서, 하나의 카르복실레이트 그룹은 두 개의 ZnII이온(도 2(b)) 과 배위결합하는데 다른 카르복실레이트 그룹은 하나의 ZnII이온 (도 2(c))과 배위결합한다. BPnDC2-는 휜 연결기(linker)이고 두 페닐고리 사이의 이면각은 각각 BPnDC-1 및 BPnDC-2에서 57.90(14) 및 52.21(19)o이다. bpy는 선형 링커일 것이라고 예상되더라도 두 개의 피리딜 고리 사이에서 24.47(20)o이면각으로 현저하게 휜다. 대체로, 2D 층은 이핵의 M2 단위와 디카르복실레이트 링커로부터 형성되고, 3D MOFs는 디아민 기둥이 2D 층을 연결함으로써 건설될 수 있다. Of a colorless crystal of (1) at 80 ℃ for 24 hours of Zn (NO 3) 2? 6H 2 O, H 2 BPnDC (benzophenone4,4'-dicarboxylicacid) and 4,4'-bipyridine (bpy) on DEF / MeOH It synthesize | combined from the solvent heat reaction. In Fig. 1, the single crystal X-ray structure of (1) shows a double interpenetrating 3D coordination network. The differences in the metal ions or types of pillars connecting the Zn 2 cluster units have a significant impact on the framework structure. In (1), there are two other Zn atoms (Zn 1 and Zn 2 ) in the asymmetric unit. Zn 1 has three different BPnDC 2 - is coordinated with three oxygen atoms and one nitrogen atom of the ligand bpy from looks three-dimensional structure of the tetrahedron. Zn 2 coordinates five oxygen atoms in one nitrogen atom and four other BPnDC 2- ligands in bpy to form an octahedral conformation. The Zn-O BPnDC 2- bond distance averaged 2.073 (1) Å and the Zn-N bpy bond distance averaged 2.048 (2) Å. They are free BPnDC 2 on two types of crystallography - a ligand (BPnDC-1 and BPnDC-2). BPnDC-1 and BPnDC-2 behave like tetradentate ligands. The two carboxylate groups in BPnDC-1 adopt a bimodal ligand model (Figs. 2 (a) and (b)) in which two Zn II ions chelate. In BPnDC-2, one carboxylate group coordinates with two Zn II ions (Figure 2 (b)) while the other carboxylate group coordinates with one Zn II ion (Figure 2 (c)). . BPnDC 2- is the 휜 linker and the dihedral angles between the two phenyl rings are 57.90 (14) and 52.21 (19) o at BPnDC-1 and BPnDC-2, respectively. Although bpy is expected to be a linear linker, it is remarkably subtracted with a 24.47 (20) o dihedral between two pyridyl rings. In general, 2D layers are formed from M 2 units of dinuclei and dicarboxylate linkers, and 3D MOFs can be constructed by diamine columns connecting 2D layers.

그러나, (1)에서 3.147(1) 의 ZnII-ZnII거리를 가진 이핵의 Zn2 단위는 ab면에서 기형의 2D 사각 격자(grid) {Zn2(BPnDC)(bpy)}의 형상을 위해 BPnDC-1 및 bpy에 의해 연결된다(도 3(a)). 흥미롭게도, c축을 따라서 BPnDC-2는 기둥으로 행동하고 인접한 층을 연결하여 도움을 주어 3D 골격체를 얻는다(도 3(b)). 두 개의 3D 골격체는 3D 곡선 모양의 채널들을 생성하기 위해 서로 상호침투된다(도 3(c) 및 (d)). PLATON에 의해 예상된 용매 허용 부피는 37.5%이다. 게스트 분자 내의 기공은 마이크로다공성 MOFs에 흔히 있는 심한 무질서에 의해 정제될 수 없었다. 그러므로, (1)내의 게스트 분자(2DEF 및 2MeOH)의 존재와 수는 IR, 원소분석 및 TGA 데이터를 기초로 하여 결정되었다. 최종 구조 모델은 PLATON의 SQUEEZE옵션을 사용함으로써 게스트 분자없이 정제되었다. N2대기 하에서 측정된 골격체 (1)에 대한 온도중량측정분석(Thermogravimetric analysis: TGA)은 결정 (1)이 모액으로부터 제거되자마 자 용매 게스트 분자를 잃음을 보여준다. (1)의 TGA는 25-90 ℃ 에서 공식 단위(계산값 12.2%) 당 하나의 DEF 및 하나의 MeOH 게스트 분자의 감소에 해당하는 13.2% 중량 감소를 보이고, 90-220 ℃에서 하나의 DEF 및 하나의 MeOH 게스트 분자(계산값 12.2%)에 해당하는 12.4%의 추가 중량 감소가 따른다. 다양한 온도에서 측정된 분말 X-선 회절(PXRD)뿐만 아니라 TGA 데이터는 (1)이 300 ℃까지 열에 안정함을 암시하고 있다(도 4 및 5). However, the Zn 2 units of the nucleus with a Zn II -Zn II distance of (1) to 3.147 (1) for the shape of the malformed 2D square grid {Zn 2 (BPnDC) (bpy)} on the ab plane Connected by BPnDC-1 and bpy (FIG. 3 (a)). Interestingly, along the c axis, BPnDC-2 acts as a column and connects adjacent layers to help obtain a 3D framework (Figure 3 (b)). The two 3D frameworks interpenetrate each other to produce 3D curved channels (Figs. 3 (c) and (d)). The solvent acceptable volume expected by PLATON is 37.5%. The pores in the guest molecule could not be purified by the severe disorders common in microporous MOFs. Therefore, the presence and number of guest molecules (2DEF and 2MeOH) in (1) were determined based on IR, elemental analysis and TGA data. The final structural model was refined without guest molecules by using PLATON's SQUEEZE option. Thermogravimetric analysis (TGA) on skeletal body (1) measured under N 2 atmosphere shows that solvent guest molecules are lost as soon as crystal (1) is removed from the mother liquor. The TGA of (1) shows a 13.2% weight loss, corresponding to a reduction of one DEF and one MeOH guest molecule per formula unit (calculated 12.2%) at 25-90 ° C., and one DEF and at 90-220 ° C. Followed by an additional weight loss of 12.4% corresponding to one MeOH guest molecule (calculated 12.2%). TGA data as well as powder X-ray diffraction (PXRD) measured at various temperatures suggest that (1) is heat stable up to 300 ° C. (FIGS. 4 and 5).

단결정 (1)을 24 시간 동안 메탄올에 용해시켰을 때 (1)은 완전히 용해되지 않으며, 단결정성뿐만 아니라 투명성을 유지하면서, (1)에서 DEF 게스트 분자는 메탄올과 교환되고, 이는 {[Zn2(BPnDC)2(bpy)]?6MeOH} n (2)의 단결정을 제공한다. When single crystal (1) is dissolved in methanol for 24 hours, (1) is not completely dissolved, while maintaining transparency as well as monocrystalline, the DEF guest molecule in (1) is exchanged with methanol, which is {[Zn 2 ( BPnDC) 2 (bpy)]-6MeOH} n (2).

결정 {[Zn2(BPnDC)2(bpy)]?DEF?MeOH} n (1)이 완전한 불용성을 보이는 MeOH에 결정 1을 24 시간 동안 침지시키는 경우, 게스트 분자가 치환된 단결정인 {[Zn2(BPnDC)2(bpy)]?MeOH} n (1m)가 생성된다. 1m의 골격체 구조뿐만 아니라 X-선 결정 파라미터는 결정 1과 매우 유사하다(도면 참조). 결정 1을 진공 60 ℃에서 1.5 시간 동안 가열하는 경우, 탈용매 고체인 [Zn2(BPnDC)2(bpy)] n (SNU -9)가 형성되며, 투명성과 단결정성의 감소가 확인된다. 결정 1, 1mSNU -9의 싱크로트론 PXRD 패턴을 비교해보면, 골격체 구조가 게스트 분자의 치환에 의해서는 바뀌지 않으나 게스트 분자를 제거하는 경우 구조가 크게 변함을 알 수 있다. 그러나, MeOH 증기에 노출함으로써 SNU -9의 PXRD 패턴으로 회복됨을 확인하였다. 이러한 현상들은 본 발명의 골격체가 연성이라는 점과 게스트 분자의 제거 또는 재용매 화(reintroduction)에 의해 골격체의 구조가 가역적으로 변화함을 보여준다. If crystal {[Zn 2 (BPnDC) 2 (bpy)]? DEF? MeOH} n ( 1 ) is immersed in crystal 1 for 24 hours in MeOH showing complete insolubility, the guest molecule is substituted monocrystal {[Zn 2 (BPnDC) 2 (bpy)]? MeOH} n ( 1 m ) is produced. The X-ray crystal parameters as well as the 1 m framework structure are very similar to Crystal 1 (see figure). When crystal 1 is heated at 60 ° C. for 1.5 hours, a desolvent solid [Zn 2 (BPnDC) 2 (bpy)] n ( SNU- 9 ) is formed, and a decrease in transparency and single crystal is observed. Comparing the synchrotron PXRD patterns of crystals 1 , 1m and SNU- 9 , it can be seen that the framework structure is not changed by substitution of the guest molecule, but the structure is greatly changed when the guest molecule is removed. However, by exposure to MeOH vapor it was confirmed that the recovery to the PXRD pattern of SNU- 9 . These phenomena show that the framework of the present invention is soft and that the structure of the framework is reversibly changed by removal or reintroduction of guest molecules.

(2)의 X-선 데이터의 상태는 (1)만큼 좋다. (2)의 셀 부피를 포함하는 셀 파라미터들은 (1)과 대부분 동일하다. (2)에 있는 전반적인 골격체 연결성은 (1)의 것과 동일하게 남아있다. 도 6에서, (1) 및 (2)의 분말 X-선 회절(PXRD) 패턴은 비교된다. 이는 또한 (1) 및 (2)의 골격체 구조가 동일하다는 것을 나타낸다. N2대기 하에서 측정된 골격체 (2)에 대한 TGA는 (2)의 결정이 ca. 60 ℃ 가열에 6MeOH 분자(계산값 18.1%)의 손실과 일치하는 16.5% 무게가 감소하는 것이 나타났다. (1)의 측정된 PXRD 패턴은 X-선 단결정 데이터로부터 얻어진 가상의 패턴과 거의 일치하며, 이는 대량의 시료가 단결정과 같음을 보이나, 무질서한 게스트 분자에 일치하는 전자 밀도는 PLATON 의 SQUEEZE 옵션을 사용하여 무시한 가상의 패턴으로부터 약간 다르다. The state of the X-ray data of (2) is as good as (1). Cell parameters including the cell volume of (2) are mostly the same as (1). The overall skeletal connectivity in (2) remains the same as in (1). In Fig. 6, the powder X-ray diffraction (PXRD) patterns of (1) and (2) are compared. It also shows that the framework structures of (1) and (2) are identical. The TGA for framework (2) measured under N 2 atmosphere was determined by ca. Heating at 60 ° C. showed a 16.5% weight loss, consistent with the loss of 6MeOH molecules (calculated 18.1%). The measured PXRD pattern in (1) is almost identical to the imaginary pattern obtained from the X-ray single crystal data, which shows that a large number of samples are the same as the single crystal, but the electron density corresponding to the disordered guest molecule is determined using PLATON's SQUEEZE option. Slightly different from the imaginary pattern you ignored.

(2)는 1.5 시간 동안 진공 하 60 ℃에서 슈렌크(Schlenk) 튜브 내에서 가열할 때 탈용매화된 고체 [Zn2(BPnDC)2(bpy)] n (3)이 생긴다. 결정 (3)은 투명도와 결정성을 잃고, 이렇게 그것의 X-선 결정 구조는 측정될 수 없었다. 그러나, 게스트 분자의 제거에 의해서 구조가 변형됨을 확인할 수 있다(도6). (3)에 대한 TGA는 300 ℃까지 열에 안정함이 제시되었다(도 7).(2) results in desolvated solid [Zn 2 (BPnDC) 2 (bpy)] n (3) when heated in a Schlenk tube at 60 ° C. under vacuum for 1.5 hours. Crystal (3) lost transparency and crystallinity, and thus its X-ray crystal structure could not be measured. However, it can be seen that the structure is modified by the removal of the guest molecule (Fig. 6). The TGA for (3) was shown to be heat stable up to 300 ° C. (FIG. 7).

실험예Experimental Example 4. (3)의 기체 흡탈착 특성 4. Gas adsorption and desorption characteristics of (3)

(3)의 N2 흡탈착 등온선은 도 8(a)에서 보여준다. 흥미롭게도, 흡착 등온선은 P/P0 < 0.03 의 낮은 압력 범위에서 세 개의 명확한 단계를 보여준다. 낮은 비교 상의 압력(P/P 0 =0.00096-0.0010)에서, 두비닌-라더느케비크식(Dubinin-Radushkevich)에 적용하여 측정한 기공 부피는 0.106 cm3/g이고, 랭뮤어와 브루나우어-에메트-텔러(Brunauer-Emmett-Teller: BET) 두 표면적은 268 m2/g이다. P/ P 0 = 0.001-0.019범위에서, 흡착 등온선은 가파른 상승을 보인 후 유형 I(도 8(a)의 작은 도면) 등온선을 보듯이 평탄해진다. 0.019보다 높은 P/P0값에서, 곡선은 다른 가파른 상승과 최종적으로 포화 수준(0.91 atm에서 262 cm3/g)을 나타낸다. 제3의 흡수(P/P 0 =0.029-0.31)에서 예측된 기공 부피는 결정 구조(0.353 cm3/g)에서 계산된 (2)의 공극 부피에 따른 0.367 cm3/g이다. 마지막 단계에서, 랭뮤어 및 BET 표면적은 각각 1040 및 820 m2/g이다.N 2 adsorption-desorption isotherm of (3) is shown in Figure 8 (a). Interestingly, the adsorption isotherm shows three distinct steps in the low pressure range of P / P 0 <0.03. At low comparative pressures ( P / P 0 = 0.00096-0.0010), the pore volume measured by Dubinin-Radushkevich was 0.106 cm 3 / g, Langmuir and Brunauer- Both surface areas of Brunauer-Emmett-Teller (BET) are 268 m 2 / g. In the range P / P 0 = 0.001-0.019, the adsorption isotherm shows a steep rise and then flattens as shown in Type I (small diagram in FIG. 8 (a)) isotherm. At P / P 0 values higher than 0.019, the curves show different steep rises and finally saturation levels (262 cm 3 / g at 0.91 atm). The pore volume predicted at the third absorption ( P / P 0 = 0.029-0.31) is 0.367 cm 3 / g depending on the pore volume of (2) calculated in the crystal structure (0.353 cm 3 / g). In the last step, the Langmuir and BET surface areas are 1040 and 820 m 2 / g, respectively.

N2 흡착으로부터 유래된 (3)의 표면적이 0.25 Å의 격자 간격과 N2에 적당한 1.82 Å의 기공 반지름을 가진 Materials Studio program (version 4.1, Accelrys)을 사용하여 (2)(1910 m2g-1)의 X-선 결정구조로부터 예상된 것보다 매우 낮다는 것을 주목해야 한다. 하바츠-카와조(Horvath-Kawazoe: HK) model에 근거한 기공 크기 분포의 계획은 (3)의 기공 직경이 7.5 및 11.3 Å이다. 87 K에서, 명확한 제3 단계 구부러진 모양은 더 높은 압력에서 이동되지만, 각 단계는 흡착된 N2로부터 거의 동 일한 양을 보인다. N2 등온선은 감소된 압력에서 불가역적인 두 온도 전부에서 흡착 및 탈착 등온선 사이에 두드러진 이력현상 곡선을 드러낸다. 흡착 N2는 기공에 있는 N2의 제한효력을 나타내는 압력이 P/P 0 = 10-3감소될지라도 단지 부분적으로 탈착(탈착양은 70 cm3/g)된다. 다공성의 MOFs에서 광원 기체로 종래에 보고된 상태이다.(2) (1910 m 2 g ) using a Materials Studio program (version 4.1, Accelrys) with a lattice spacing of 0.25 mm 3 and a pore radius of 1.82 mm 2 appropriate for N 2 derived from N 2 adsorption Note that it is much lower than expected from the X-ray crystal structure of 1 ). The scheme of pore size distribution based on the Harvath-Kawazoe (HK) model has a pore diameter of 7.5 and 11.3 mm 3 in (3). At 87 K, the clear third stage bent shape is shifted at higher pressures, but each stage shows almost the same amount from the adsorbed N 2 . The N 2 isotherm reveals a pronounced hysteresis curve between the adsorption and desorption isotherms at both irreversible temperatures at reduced pressure. N 2 adsorption are even if the pressure of the N 2 that shows a limiting effect on the porosity decrease P / P 0 = 10 -3 is desorbed (3 / g desorption amount 70 cm) only partially. It is a state previously reported as light source gas in porous MOFs.

77 K 및 87 K에서 O2 흡탈착 등온선은 N2 흡탈착 등온선과 유사해 보인다(도 8(b)). 두 온도 전부에서 O2 흡착 등온선은 표시된 이력현상을 가진 명확한 제3 단계를 나타낸다. 제1 및 제2 단계에서, 흡착 등온선은 약간의 상승을 보인다. (3)은 제2 단계 내에 77 K 및 0.00045 atm에서 O2의 17.2 중량% (STP 에서 5.37 mmol/g, 120 cm3/g)가 흡착하고, 77 K 및 0.014 atm에서 24.0 중량% (STP 에서 7.51 mmol/g, 168 cm3/g)까지 흡수한다. 0.014 atm에서 점에 도달한 후에, O2 흡착은 갑자기 상승하고 흡착된 O2의 총 양은 0.20 atm에서 51.4 중량% (STP 에서 16.1 mmol/g, 360 cm3/g)가 된다. 87 K에서, 명확한 세 단계들은 더 높은 압력으로 이동되고 (3)은 0.61 atm에서 39.2 중량% (STP 에서 12.3 mmol/g, 275 cm3/g)를 흡착한다. 두 온도 전부에서 O2 등온선은 감소된 압력으로 변경할 수 없다. 77 K 및 0.91 atm 에서 N2의 흡착 밀도(부피측정의 용량)는 362 g/L이고 77 K 및 0.20 atm에서 O2의 밀도는 569 g/L이다. N2 및 O2 액체(각각 804 및 1142 g/L)의 밀도에 대해서, 이 값은 기체가 매우 낮은 압력에서 조차 (3)의 기공 안에서 높게 압축됨을 말한다. The O 2 adsorption and desorption isotherms at 77 K and 87 K look similar to the N 2 adsorption and desorption isotherms (FIG. 8 (b)). At both temperatures the O 2 adsorption isotherm represents a clear third step with the indicated hysteresis. In the first and second stages, the adsorption isotherm shows a slight rise. (3) is 17.2% by weight of O 2 (5.37 mmol / g at STP, 120 cm 3 / g) is adsorbed at 77 K and 0.00045 atm in the second stage, 24.0% by weight at 7.5 K and 0.014 atm (7.51 mmol / g at STP) Absorb up to 168 cm 3 / g). After reaching the point at 0.014 atm, the O 2 adsorption rises abruptly and the total amount of adsorbed O 2 is 51.4 wt% (16.1 mmol / g in STP, 360 cm 3 / g) at 0.20 atm. At 87 K, the three clear steps are moved to higher pressure and (3) adsorbs 39.2% by weight (12.3 mmol / g in STP, 275 cm 3 / g) at 0.61 atm. At both temperatures the O 2 isotherm cannot be changed to reduced pressure. The adsorption density (volume measurement capacity) of N 2 at 77 K and 0.91 atm is 362 g / L and the density of O 2 at 77 K and 0.20 atm is 569 g / L. For the densities of N 2 and O 2 liquids (804 and 1142 g / L, respectively), this value indicates that the gas is highly compressed in the pores of (3) even at very low pressures.

도 8(b)에서, H2 기체 흡착 등온선은 고체 (3)이 77 K 및 1 atm (STP 에서 0.24 중량%, 27 cm3/g)에서 H2 기체를 거의 흡착하지 않았음을 나타낸다. 그러나, H2압력이 90 bar까지 상승할 때, (3)은 3.63 중량%의 초과 흡착을 나타낸다(도 9). 총 H2 흡수용량은 골격 밀도가 실온에서 He 기체가 측정되고 시료의 결정성 밀도가 고려될 때 77 K 및 90 bar에서 6.23 중량%에 도달한다. 흥미롭게도, 높은 압력 H2 흡착 등온선은 이력현상과 함께 두 단계를 보인다. 첫 단계에서 (3)은 15 bar에서 H2의 1.32 중량%를 흡착하고, 제2 단계 H2 흡착 등온선에서는 3.63 중량%의 저장 용량을 가진 90 bar근처에서 포화되고 ca. 20 bar에서 가파른 상승을 보인다. 탈착 등온선은 흡착 및 탈착 등온선에서 이력현상을 나타내는 20-2 bar에서 흡착 등온선을 되짚어 가지 않으며, 10 bar에서 갑작스러운 감소를 보인다. 77 K 및 90 bar에서 수소 부피측정 용량은 40.2 g/L이다. 수소 부피측정 용량은 2010년까지 DOE 목표인 45 g/L에 가깝다.In FIG. 8 (b), the H 2 gas adsorption isotherm is a solid (3) It showed little adsorption of H 2 gas at 77 K and 1 atm (0.24 wt% in STP, 27 cm 3 / g). However, when the H 2 pressure rises to 90 bar, (3) shows 3.63 wt% excess adsorption (FIG. 9). The total H 2 absorption capacity reaches 6.23% by weight at 77 K and 90 bar when the skeletal density is measured for He gas at room temperature and the crystalline density of the sample is taken into account. Interestingly, the high pressure H 2 adsorption isotherm shows two stages with hysteresis. In the first stage (3) adsorbs 1.32% by weight of H 2 at 15 bar and in the second stage H 2 adsorption isotherm saturated at 90 bar with a storage capacity of 3.63% by weight and ca. Steep rises at 20 bar. The desorption isotherm does not retrace the adsorption isotherm at 20-2 bar, which exhibits hysteresis in the adsorption and desorption isotherms, and shows a sudden decrease at 10 bar. At 77 K and 90 bar the hydrogen volumetric capacity is 40.2 g / L. The hydrogen volumetric capacity is close to the DOE target of 45 g / L by 2010.

195 K 및 273 K에서 (3)의 CO2 및 CH4 기체에 대한 흡탈착 등온선은 도 10(a)에서 측정된다. 195 K에서 CO2 기체에 대한 흡탈착 등온선은 큰 이력현상을 동반하는 탈착 급경사와 두 번의 갑작스런 점프를 가진 두 단계 흡착 구부러진 모양을 나 타낸다. 195 K에서 흡착 등온선은 0.026 atm까지 낮은 압력에서 가파르게 증가하고 안정기에 도달할 때까지 0.16 atm에서 갑작스럽게 상승하는 것을 보인다. (3)은 0.16 atm에서 CO2의 11.8 중량% (STP 에서 2.69 mmol/g, 60.1 cm3/g), 제2 단계 내에 1 atm에서 43.0 중량% (STP 에서 9.78 mmol/g, 219 cm3/g)까지 흡수하여 흡착한다. 흥미롭게도, 탈착 등온선은 흡착 등온선으로 되짚어 가지 않고 0.039 atm에서 갑작스러운 급경사를 보인다. 흡착 및 탈착 등온선 사이의 이력현상은 몇몇의 주기에서 재현이 가능했다. 273 K에서 CO2 기체 흡탈착 등온선은 고체 (3)이 273 K에서 CO2(STP에서 5.49 중량%, 28 cm3/g) 기체를 거의 흡착하지 않았음을 나타낸다. 195 K에서 CH4 기체 등온선은 (3)이 CH4(STP에서 2.13 중량%, 30 cm3/g)를 흡수하지 않았음을 나타낸다.CO 2 of (3) at 195 K and 273 K And adsorption-desorption isotherms for the CH 4 gas are measured in FIG. 10 (a). The adsorption and desorption isotherm for CO 2 gas at 195 K shows a two-stage adsorption bent shape with desorption steep slopes with large hysteresis and two sudden jumps. At 195 K, the adsorption isotherm seems to increase steeply at low pressures up to 0.026 atm and rise abruptly at 0.16 atm until it reaches a plateau. (3) is 11.8% by weight of CO 2 at 0.16 atm (2.69 mmol / g in STP, 60.1 cm 3 / g), 43.0% by weight at 1 atm in the second stage (9.78 mmol / g in STP, 219 cm 3 / Absorb and adsorb to g). Interestingly, the desorption isotherm shows a sudden steep slope at 0.039 atm without going back to the adsorption isotherm. Hysteresis between adsorption and desorption isotherms was reproducible in several cycles. CO 2 gas adsorption and desorption isotherms at 273 K have a solid (3) It showed little adsorption of CO 2 (5.49 wt% in STP, 28 cm 3 / g) gas at 273 K. The CH 4 gas isotherm at 195 K has (3) No absorption of CH 4 (2.13 wt.%, 30 cm 3 / g in STP).

고체(3)을 건조시킨 것을 3a, (3)이 기체를 머금고 있는 상태를 3b로 표현할 수 있다. 이때, 3a 및 3b는 (3)과 화학식은 동일하지만 구조가 다른 형태이다. 3a에 있는 CO2 및 CH4흡착 용량 사이의 큰 차이는 이 기체들의 분리과정에 적용될 수 있다. 높은 압력과 298 K에서, (3)은 큰 이력현상을 가진 두 단계 CO2 흡착을 다시 나타낸다(도 10(b)). 제2 흡착 점프는 ca. 8 bar에서 시작되고 40 bar에서 29.9 중량%의 초과 용량에 도달하며, 흡착 구부러진 모양은 3.5 bar에서 급격한 감소를 보 여준다. 높은 압력과 298 K에서 CH4 기체 등온선은 (3)이 35 bar에서 2.64 중량% (29.2 g/L 및 40.9 v/v)와 65 bar에서 3.40 중량% (37.6 g/L 및 52.6 v(STP)/v)까지 저장할 수 있는 것을 나타낸다. 이는 CO2저장용량보다 매우 낮다. 3a에서 단계식 및 이력현상 기체 흡탈착 등온선은 흡착 또는 탈착 기체에 게스트-유도된 구조상 전이의 덕분이다. 3a 및 3b 두 상 사이에 이중 구조 전이에서 두 단계 등온선을 설명하기 위하여 H2 및 CO2의 시험적인 등온선에 종래의 방법을 적용할 수 있다. 도 11은 두 개의 명확한 단계가 랭뮤어 등온선에 의해 충분히 적합하고, P=0에서 적합한 랭뮤어의 경사는 흡착 친화력을 측정한 흡착에 대하여 헨리 상수(Henry constant)를 보여준다. H2 및 CO2의 흡착 친화력은 3a 보다 3b에서 더 높다. 77 K에서 N2 흡착은 3b가 오히려 작은 기공 부피이고 완전히 열린 골격체는 완전히 탈용매된 고체, 기공 부피의 유사성을 근거로 한 3a와 같은 동일한 구조를 나타낸다. 비어있고 매우 낮은 압력에서, 3a는 본질적으로 안정된다. 압력이 증가할 때, 3a의 높은 친화력은 3a → 3b 전이를 이끌고 기체 압력을 보다 상승시키면 열린 구조의 더 큰 기공 부피는 다시 순조로운 전이로 만들고 3b → 3a 전이는 유지되어져야 한다. The thing which dried 3a, (3) containing the gas which dried the solid 3 can be represented by 3b. In this case, 3a and 3b is the same as the formula (3), but the structure is different. CO 2 in 3a The large difference between and CH 4 adsorption capacity can be applied to the separation of these gases. At high pressure and 298 K, (3) again shows two stage CO 2 adsorption with large hysteresis (FIG. 10 (b)). The second adsorption jump is ca. Starting at 8 bar and reaching an excess capacity of 29.9% by weight at 40 bar, the adsorption bent shape shows a sharp decrease at 3.5 bar. The CH 4 gas isotherm at high pressure and 298 K has (3) 2.64 weight percent (29.2 g / L and 40.9 v / v) at 35 bar and 3.40 weight percent (37.6 g / L and 52.6 v (STP) at 65 bar). / v) can store up to. This is much lower than the CO 2 storage capacity. The stepped and hysteretic gas adsorption and desorption isotherms at 3a are due to the guest-induced structural transition to the adsorption or desorption gas. Conventional methods can be applied to the test isotherms of H 2 and CO 2 to account for the two-stage isotherms in the dual structure transition between two phases 3a and 3b. FIG. 11 shows that the two clear steps are well suited by Langmuir isotherms, and that the slope of Langmuir suitable at P = 0 shows the Henry's constant for adsorption measuring adsorption affinity. H 2 And the adsorption affinity of CO 2 is greater than 3a. Higher in 3b . The adsorption of N 2 at 77 K shows the same structure as 3a based on the similarity of the pore volume, with the solid pore volume 3b being rather small and the fully open framework. At empty and very low pressure, 3a is essentially stable. As the pressure increases, the high affinity of 3a leads to a 3a → 3b transition and a higher gas pressure causes the larger pore volume of the open structure to become a smooth transition and the 3b → 3a transition must be maintained.

이러한 기체 압력에 따른 상전이는 특정 온도와 압력에서의 구조 분석에 의해 증명할 수 있다. 1,2,3의 싱크로트론 x-선 분말 패턴 분석을 통해 게스트의 교환과 제거에 의한 구조 변형과 본 발명의 금속-유기 골격체가 매우 유연한 성질을 가지고 있음을 확인하였다. 하기 표 1은 (3)의 기체 흡착 데이터이다.This phase transition with gas pressure can be demonstrated by structural analysis at specific temperatures and pressures. The synchrotron x-ray powder pattern analysis of 1,2,3 confirmed that the structural modification by the exchange and removal of the guest and the metal-organic framework of the present invention had very flexible properties. Table 1 below is gas adsorption data of (3).

기체gas 온도
(K)
Temperature
(K)
압력
(bar)
pressure
(bar)
표면적
(m2g-1) a,b
Surface area
(m 2 g -1 ) a, b
기공부피
(cm3g-1)
Pore volume
(cm 3 g -1 )
기체(mmol)
/호스트(g)
Gas (mmol)
/ Host (g)
기체
(중량%)
gas
(weight%)
흡착된 기체
/호스트 c 부피 (gL-1)
Adsorbed gas
/ Host c volume (gL -1 )
N2 N 2 7777 0.90.9 1040 a , 820 b 1040 a , 820 b 0.3670.367 11.711.7 32.732.7 362362 N2 N 2 8787 0.90.9 10.710.7 30.930.9 333333 O2 O 2 7777 0.20.2 16.416.4 51.451.4 569569 O2 O 2 8787 0.60.6 12.312.3 39.239.2 434434 H2 H 2 7777 1.01.0 1.211.21 0.240.24 2.652.65 H2 H 2 7777 9090 18.018.0 3.63 d , 6.23 e 3.63 d , 6.23 e 40.2 d , 68.9 e 40.2 d , 68.9 e CO2 CO 2 195195 1.01.0 9.789.78 43.043.0 476476 CO2 CO 2 273273 1.01.0 1.251.25 5.495.49 60.760.7 CO2 CO 2 298298 4040 6.796.79 29.929.9 331331 CH4 CH 4 195195 1.01.0 1.341.34 2.132.13 23.623.6 CH4 CH 4 298298 6565 2.122.12 3.403.40 37.637.6

[a] 랭뮤어 표면적; [b] BET 표면적; [c] (2)의 셀 부피가 탈용매화된 고체(3)에서 유지된다고 가정하고, 흡착된 기체의 질량(g) x 시료의 밀도(밀도: 1106 gL-1); [d] 초과 흡착 용량; [e] 77K 및 70 bar에서 총 흡착 용량[a] Langmuir surface area; [b] BET surface area; [c] the mass (g) of the adsorbed gas x the density of the sample (density: 1106 gL -1 ), assuming that the cell volume of (2) is maintained in the desolvated solid (3); [d] excess adsorption capacity; [e] Total adsorption capacity at 77 K and 70 bar

하기 표 2는 (3)의 압력에 따른 기체 흡착 데이터이다. Table 2 below is gas adsorption data according to the pressure of (3).

기체gas 온도(K)Temperature (K) 압력(bar)Pressure (bar) 기체(중량%)Gas (% by weight) N2 N 2 7777 0.0009970.000997 7.677.67 0.01940.0194 18.518.5 0.90.9 32.732.7 8787 0.002080.00208 7.847.84 0.09920.0992 19.219.2 0.90.9 30.930.9 O2 O 2 7777 0.000450.00045 17.217.2 0.0140.014 24.024.0 0.20.2 51.451.4 8787 0.002170.00217 11.011.0 0.05010.0501 21.621.6 0.610.61 39.239.2 H2 H 2 7777 1515 1.321.32 9090 6.236.23 CO2 CO 2 195195 0.160.16 11.811.8 1.01.0 43.043.0 273273 1.01.0 5.495.49 298298 8.118.11 10.310.3 4040 29.929.9

실시예 4: [Cd2(BPnDC)2(bpy)]n Example 4: [Cd 2 (BPnDC) 2 (bpy)] n

H2BPnDC (0.054 g, 2.0 x 10-4mol)및 bpy (0.016 g, 1.1 x 10-4mol)은 DEF (6 mL)에서 용해되었고, Cd(NO3)2?4H2O (90 g, 2.9 x 10-4mol)은 MeOH (3 mL)에서 용해되어 서로 섞은 후 실리콘 스토퍼와 알루미늄 씰(seal)로 단단히 마개를 덮어 유리 세럼 병에 두고 24 시간 동안 80 ℃에서 가열했다. 그런 후 실온까지 냉각하고 여과하여 생성된 무색의 막대모양 결정을 메탄올로 재빨리 씻어냈다. 상기 생성된 결정은 1일 동안 메탄올에 침지시켜(이때 메탄올은 10 시간 후 교체) 게스트 변형된 결정을 생성한 후 이를 1.5 시간 동안 진공 하 60 ℃로 슈렌크 튜브(Schlenk tube)내에서 가열하여 [Cd2(BPnDC)2(bpy)]n를 제조하였다.H 2 BPnDC (0.054 g, 2.0 x 10 -4 mol) and bpy (0.016 g, 1.1 x 10 -4 mol) were dissolved in DEF (6 mL) and Cd (NO 3 ) 2 -4H 2 O (90 g , 2.9 x 10 -4 mol) were dissolved in MeOH (3 mL), mixed with each other, tightly capped with a silicone stopper and aluminum seal, and placed in a glass serum bottle and heated at 80 ° C. for 24 hours. It was then cooled to room temperature and filtered to quickly wash the colorless rod-shaped crystals with methanol. The resulting crystals were immersed in methanol for 1 day (the methanol was replaced after 10 hours) to produce guest modified crystals which were then heated in a Schlenk tube to 60 ° C. under vacuum for 1.5 hours [ Cd 2 (BPnDC) 2 (bpy)] n was prepared.

그 결과, [Cd2(BPnDC)2(bpy)]n 금속-유기 골격체는 랭뮤어 표면적이 1500-3400 m2g-1이고, BET 표면적은 150-2000 m2g-1이며, 기공부피는 0.06-4.0 ㎝3g-1이고, 기공 직경이 3-20 Å이다. 또한 산소 기체가 75-90 K에서 0.00035-0.003 bar일 때 15-19 중량%, 0.005-0.07 bar일 때 20-29 중량% 및 0.1-1.0 bar일 때 35-53 중량% 흡착되고; 질소 기체가 77-90 K에서 0.0006-0.0009 bar일 때 5-7 중량%, 0.006-0.01 bar일 때 13-20 중량% 및 0.7-1.2 bar일 때 29-35 중량% 흡착되며; 수소 기체가 75-80 K에서 10-25 bar일 때 0.5-2.5 중량%, 70-100 bar일 때 4.0-7.0 중% 흡착되고, 이산화탄소가 180-280 K에서 0.05-0.25 bar일 때 8-15 중량%, 0.5-9 bar일 때 2-40 중량%흡착되며, 285-300K에서 7-9 bar일 때 8-12 중량%, 36-40 bar일 때 23-29 중량%로 흡착된다.As a result, the [Cd 2 (BPnDC) 2 (bpy)] n metal-organic framework has a Langmuir surface area of 1500-3400 m 2 g −1 , a BET surface area of 150-2000 m 2 g −1 , and a pore volume. Is 0.06-4.0 cm 3 g -1 and pore diameter is 3-20 mm 3 . And oxygen gas is adsorbed at 15-19 wt% at 75-90 K at 0.00035-0.003 bar, 20-29 wt% at 0.005-0.07 bar and 35-53 wt% at 0.1-1.0 bar; The nitrogen gas is adsorbed at 5-7 wt% at 0.0006-0.0009 bar at 77-90 K, 13-20 wt% at 0.006-0.01 bar and 29-35 wt% at 0.7-1.2 bar; Hydrogen gas is adsorbed 0.5-2.5% by weight at 10-25 bar at 75-80 K, 4.0-7.0% by weight at 70-100 bar, 8-15 at carbon dioxide 0.05-0.25 bar at 180-280 K 2% to 40% by weight at 0.5-9 bar, 8-12% at 7-9 bar at 285-300K, 23-29% at 36-40 bar.

비교예 1: [Cu2(BPnDC)2(bpy)]n Comparative Example 1: [Cu 2 (BPnDC) 2 (bpy)] n

H2BPnDC (0.056 g, 2.0 x 10-4mol)및 bpy (0.018 g, 1.2 x 10-4mol)은 DMF (6 mL)에서 용해되었고, Cu(NO3)2?2.5H2O(0.061 g, 3.3 x 10-4mol)은 EtOH (3 mL)에서 용해되어 서로 섞은 후 실리콘 스토퍼와 알루미늄 마개를 단단히 덮어 유리 세럼 병에 두고 24 시간 동안 80 ℃에서 가열했다. 그런 후 실온까지 냉각하자 파란 다이아몬드 형의 결정이 형성되었고 이를 여과하고 DMF로 재빨리 씻어냈다. 상기 생성된 결정을 2 시간 동안 100 ℃에서 슈렌크 튜브(Schlenk tube)내에서 가열하여 [Cu2(BPnDC)2(bpy)]n을 제조하였다.H 2 BPnDC (0.056 g, 2.0 x 10 -4 mol) and bpy (0.018 g, 1.2 x 10 -4 mol) were dissolved in DMF (6 mL) and Cu (NO 3 ) 2 -2.5H 2 O (0.061 g, 3.3 × 10 −4 mol), dissolved in EtOH (3 mL), mixed with each other, tightly covered with a silicone stopper and an aluminum stopper, and placed in a glass serum bottle and heated at 80 ° C. for 24 hours. After cooling to room temperature, blue diamond crystals were formed which were filtered off and quickly washed with DMF. The resulting crystals were heated in a Schlenk tube at 100 ° C. for 2 hours to prepare [Cu 2 (BPnDC) 2 (bpy)] n.

그 결과, [Cu2(BPnDC)2(bpy)]n 금속-유기 골격체는 랭뮤어 표면적이 2000-4500 m2g-1이고, BET 표면적은 1500-3500 m2g-1이며, 듀비닌-라드슈케비치 공극부피가 0.3-3.0 ㎝3g-1이고, 기공 크기가 8-30 Å이다. 또한 수소기체가 77K 및 70 bar에서 4 중량% 이상이고, 이산화탄소는 195 K 및 1atm에서 100 중량% 이상이다. 이렇듯 비교예 1은 본 발명과 같이 기체를 단계적으로 흡착하지 못한다.As a result, the [Cu 2 (BPnDC) 2 (bpy)] n metal-organic framework has a Langmuir surface area of 2000-4500 m 2 g −1 , BET surface area of 1500-3500 m 2 g −1, and dubinin Radschkevic pore volume is 0.3-3.0 cm 3 g -1 and pore size is 8-30 mm 3 . In addition, the hydrogen gas is at least 4% by weight at 77K and 70 bar, and the carbon dioxide is at least 100% by weight at 195K and 1 atm. As described above, Comparative Example 1 does not adsorb gas in stages as in the present invention.

또한 X-선 측정 결과 금속과 카르복시 리간드가 외륜방식으로 이루어졌음을 확인하였다.In addition, X-ray measurement confirmed that the metal and the carboxy ligand was made by the outer ring method.

도 1은 (1)의 X-선 구조. (a) 1의 3D 골격체 구조(파랑). 노랑은 다른 상호침투된 3D 골격체를 나타낸다. (b) (1)의 이중으로 상호침투된 구조의 선화(線畵). 간단하게, 선으로 두 ZnII이온, BPnDC2 -의 카복실레이트 탄소 원자 및 bpy의 질소원자를 묘사.1 is an X-ray structure of (1). (a) 3D skeletal structure of 1 (blue). Yellow represents another interpenetrating 3D framework. (b) Line drawing of the double interpenetrating structure of (1). Briefly, depicting two Zn II ions, BPnDC 2 - carboxylate carbon atoms and nitrogen atoms of bpy as lines.

도 2는 (1)에 있는 카르복실레이트 그룹의 배위모델.2 is a coordination model of the carboxylate group in (1).

도 3은 (a) 기형의 2D 사각 격자 {Zn2(BPnDC)(bpy)}.(b)a축을 따른 1의 3D 기둥 꼴의 층 구조. H 원자는 명확성을 위해 생략한다. 색 구성: Zn, 노랑; BPnDC-1, 파랑; BPnDC-2, 녹색; bpy, 분홍. (c) 1(어두운 파랑)의 3D 골격체. 노랑은 다른 침투된 3D 골격체를 나타낸다. (d) 1의 3D 곡선 모양의 채널을 보여준다. 채널에 접근하기 쉬운 표면은 녹색으로 보인다.Fig. 3 shows (a) a malformed 2D square lattice {Zn 2 (BPnDC) (bpy)}. (B) A layer structure of 3D columnar shapes of 1 along the a axis. H atoms are omitted for clarity. Color composition: Zn, yellow; BPnDC-1, blue; BPnDC-2, green; bpy, pink. (c) 3D skeleton of 1 (dark blue). Yellow represents another infiltrated 3D framework. (d) shows 3D curved channel of 1. Surfaces accessible to the channel appear green.

도 4는 1에 대한 TGA/DSC 결과.4 shows TGA / DSC results for 1. FIG.

도 5는 다양한 온도에서 측정된 1의 XRPD 패턴(R.T에서 330℃까지)5 shows the XRPD pattern of 1 (from R.T to 330 ° C.) measured at various temperatures

도 6은 실온에서 측정한 싱크로트론(λ = 1.22152 Å) PXRD 패턴. (a) 합성된 상태의 1, (b) 결정 1의 단결정 X-선 데이터로부터 모사된 PXRD 패턴, (c) 게스트 분자가 MeOH로 치환된 고체 (1m), (d) 1m의 단결정 X-선 데이터로부토 모사된 PXRD 패턴, (e) 1m을 진공 60 ℃에서 1.5 시간 동안 건조시켜 수득한 SNU -9, (f) 샘플 (e)를 MeOH 증기에 6 시간 동안 노출시키고 나서 형성되는 고체.6 is a synchrotron ( λ = 1.22152 Hz) PXRD pattern measured at room temperature. (a) PXRD pattern simulated from single crystal X-ray data of 1 in synthesized state, (b) Crystal 1 , (c) solid ( 1m ) with guest molecule substituted by MeOH, (d) 1m single crystal X-ray PXRD pattern simulated by data, (e) SNU- 9 obtained by drying 1 m in vacuum at 60 ° C. for 1.5 hours, (f) solid formed after exposing sample (e) to MeOH vapor for 6 hours.

도 7은 1, 2 및 3에 대한 TGA/DSC 결과.7 shows TGA / DSC results for 1, 2 and 3. FIG.

도 8은 77 K에서 90 bar까지 초과(검정) 및 총(파랑) H2 흡착 등온선. 채워진 모양: 흡착. 열린 모양: 탈착.FIG. 8 shows excess (black) and total (blue) H 2 adsorption isotherms from 77 K to 90 bar. Filled form: adsorption. Open shape: detachable.

도 9는 77 K에서 90 bar까지 초과(검정) 및 총(파랑) H2 흡착 등온선. 채워진 모양: 흡착. 열린 모양: 탈착.FIG. 9 shows excess (black) and total (blue) H 2 adsorption isotherms from 77 K to 90 bar. Filled form: adsorption. Open shape: detachable.

도 10은 (a) 195 K 및 273 K, 1 atm에서 (3)에 대한 CO2및 CH4흡탈착 등온선. (b) 298 K 및 높은 압력에서 (3)에 대한 CO2및 CH4의 초과(검정) 및 총(파랑) 흡착 등온선. 채워진 모양: 흡착. 열린 모양: 탈착.10 is (a) CO 2 and CH 4 adsorption and desorption isotherms for (3) at 195 K and 273 K, 1 atm. (b) Excess (black) and total (blue) adsorption isotherms of CO 2 and CH 4 for (3) at 298 K and high pressure. Filled form: adsorption. Open shape: detachable.

도 11은 (a) 77 K에서 H2 흡착 등온선뿐만 아니라 빨강과 파랑의 점선에 있는 각각 0-16 bar 및 20-90 bar범위의 적합한 랭뮤어. (b) 195 K 및 1 atm에서 CO2 흡착 등온선. 파랑 점선은 낮은 부분(P<0.15atm)에 적합하고, 빨강점선은 위쪽 부분에 적합하다(P>0.4atm). 11 shows (a) suitable Langmuirs in the range 0-16 bar and 20-90 bar, respectively, in dotted lines of red and blue as well as H 2 adsorption isotherms at 77 K. FIG. (b) CO 2 adsorption isotherms at 195 K and 1 atm. The dotted blue line is suitable for the lower part ( P <0.15 atm) and the red dotted line is suitable for the upper part ( P > 0.4 atm).

Claims (19)

하기 [화학식 1]로 표현되는 금속-유기 골격체로서:As the metal-organic skeleton represented by the following [Formula 1]: [화학식 1][Formula 1] {[M2(L1)2(L2)]X(Sol1)?Y(Sol2)}n {[M 2 (L1) 2 (L2)] X (Sol1)? Y (Sol2)} n 상기 금속-유기 골격체는 상기 두 개의 금속과 두 개의 카르복시 리간드 및 피리딘 리간드가 결합하여 2차원의 평면구조를 형성한 후 상기 카르복시 리간드가 결합되어 3차원 구조가 되는 것이며, 상기 [화학식 1]에서 M은 Zn이고; L1은 BPnDC이며; L2는 bpy이고; Sol1은 DEF, MeOH 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나이며; 상기 Sol2는 MeOH인 것을 특징으로 하는 금속-유기 골격체.The metal-organic framework is a combination of the two metals, two carboxy ligands and a pyridine ligand to form a two-dimensional planar structure, and then the carboxy ligands are bonded to form a three-dimensional structure, in [Formula 1] M is Zn; L1 is BPnDC; L2 is bpy; Sol1 is any one selected from the group consisting of DEF, MeOH, and mixtures thereof; And wherein Sol2 is MeOH. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 [화학식 1]의 금속- 유기 골격체는 100-3500 m2/g의 랭뮤어 표면적, 100-2000 m2/g의 BET 표면적, 0.05-4.5 cm2/g의 기공 부피, 3-20 Å의 기공 직경인 금속-유기 골격체.According to claim 1, wherein the metal-organic framework of the formula [1] is 100-3500 m 2 / g Langmuir surface area, 100-2000 m 2 / g BET surface area, 0.05-4.5 cm 2 / g of pores Metal-organic framework with a volume, pore diameter of 3-20 mm 3. 제1항에 있어서, 상기 [화학식 1]의 금속- 유기 골격체는 According to claim 1, wherein the metal-organic skeleton of [Formula 1] (i) 산소 기체의 경우 75-90 K에서 ① 0.00035-0.003 bar일 때 9-27 중량%, ② 0.005-0.08 bar일 때 20-35 중량%, ③ 0.1-1.0 bar일 때 33-59 중량%를 순차적으로 흡착하는 3단계 흡착 이력을 보이며;(i) 9-27% by weight at 0.00035-0.003 bar, ② 20-35% by weight at 0.005-0.08 bar, ③ 33-59% by weight at 0.1-1.0 bar at 75-90 K for oxygen gas. Shows a three-step adsorption history of sequentially adsorbing; (ii) 질소 기체의 경우 77-90 K에서 ① 0.0005-0.003 bar일 때 4-12 중량%, ② 0.005-0.3 bar일 때 11-30 중량%, ③ 0.7-1.2 bar일 때 28-35 중량%를 순차적으로 흡착하는 3단계 흡착 이력을 보이는 금속-유기 골격체.(ii) For nitrogen gas, 4-12% by weight at 77-90 K ① 11-12% by weight 0.005-0.33 bar ② 11-30% by weight 0.005-0.3 bar ③ ③ 28-35% by weight 0.7-1.2 bar Metal-organic framework showing a three-step adsorption history to sequentially adsorb. 제1항에 있어서, 상기 [화학식 1]의 금속- 유기 골격체는 According to claim 1, wherein the metal-organic skeleton of [Formula 1] (i) 수소 기체의 경우 75-80 K에서 ① 10-25 bar일 때 0.5-2.5 중량%, ② 70-100 bar일 때 4-7.5 중량%를 순차적으로 흡착하는 2단계 흡착 이력을 보이며;(i) the hydrogen gas shows a two-stage adsorption history that sequentially adsorbs 0.5-2.5% by weight at 10-25 bar and 4-7.5% by weight at 70-100 bar at 75-80 K; (ii) 이산화탄소의 경우 180-280 K에서 ① 0.05-0.25 bar일 때 8-15 중량%, ② 0.5-10 bar일 때 1-50 중량%이며, 285-300K에서 ① 7-9 bar일 때 8-13 중량%, ② 35-45 bar일 때 22-36 중량%를 순차적으로 흡착하는 2단계 흡착 이력을 금속-유기 골격체.(ii) For carbon dioxide, 8-15% by weight at 0.05-0.25 bar ① 8-15% by weight at 180-280K ② 1-50% by weight 0.5-10 bar, 8 at 7-9bar ① 285-300K -13 wt%, ② the two-stage adsorption history to sequentially adsorb 22-36 wt% at 35-45 bar metal-organic framework. 제1항에 있어서, 상기 [화학식 1]의 금속-유기 골격체는 (i) L1/DEF 용액, L2/DEF 용액, M/MeOH 용액을 서로 혼합하여 반응시키는 단계 또는 (ii) (L1과 L2의 혼합물)/DEF 용액과 M/MeOH 용액을 서로 혼합하여 반응시키는 단계를 포함하는 제법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 금속-유기 골격체.The method of claim 1, wherein the metal-organic framework of [Formula 1] (i) reacting by mixing L1 / DEF solution, L2 / DEF solution, M / MeOH solution with each other or (ii) (L1 and L2 Mixture of) / DEF solution and M / MeOH solution, which is prepared by a method comprising the step of reacting with each other. 제1항에 있어서, 상기 금속-유기 골격체는 하기 [화학식 4]로 표현되는 금속-유기 골격체.The metal-organic framework of claim 1, wherein the metal-organic framework is represented by the following [Formula 4]. [화학식 4][Formula 4] {[M2(BPnDC)2(bpy)]?2DEF?2MeOH}n{[M 2 (BPnDC) 2 (bpy)]? 2DEF? 2MeOH} n 제8항에 있어서, 상기 [화학식 4]의 금속-유기 골격체는 300-2000 m2/g의 랭뮤어 표면적, 200-1400 m2/g의 BET 표면적, 0.2-1.4 cm2/g의 기공 부피, 4-14 Å의 기공 직경을 갖는 금속-유기 골격체.According to claim 8, wherein the metal-organic framework of [Formula 4] is 300-2000 m 2 / g Langmuir surface area, 200-1400 m 2 / g BET surface area, 0.2-1.4 cm 2 / g of pores Metal-organic framework with a volume, pore diameter of 4-14 mm 3. 제1항에 있어서, 상기 [화학식 1]의 금속-유기 골격체는 [화학식 3]으로 표현되는 금속-유기 골격체.The metal-organic framework of claim 1, wherein the metal-organic framework of [Formula 1] is represented by [Formula 3]. [화학식 3](3) {[M2(BPnDC)2(bpy)]?6MeOH}n {[M 2 (BPnDC) 2 (bpy)]? 6MeOH} n 제10항에 있어서, 상기 [화학식 3]의 금속-유기 골격체는 300-2000 m2/g의 랭뮤어 표면적, 300-1400 m2/g의 BET 표면적, 0.1-1.4 cm2/g의 기공 부피, 4-13 Å의 기공 직경인 금속-유기 골격체.The method according to claim 10, wherein the metal-organic framework of [Formula 3] is 300-2000 m 2 / g Langmuir surface area, 300-1400 m 2 / g BET surface area, 0.1-1.4 cm 2 / g of pores A metal-organic framework with a volume, pore diameter of 4-13 mm 3. 제10항에 있어서, 상기 [화학식 3]의 금속-유기 골격체를 탈용매됨으로써 제조되는 [화학식 2]의 금속-유기 골격체.The metal-organic skeleton of [Chemical Formula 2] according to claim 10, wherein the metal-organic skeleton of [Formula 2] is prepared by desolventing the metal-organic skeleton of [Formula 3]. [화학식 2][Formula 2] [M2(BPnDC)2(bpy)]n[M 2 (BPnDC) 2 (bpy)] n 제12항에 있어서, 상기 [화학식 2]의 금속-유기 골격체는 200-2000 m2/g의 랭뮤어 표면적, 200-1500 m2/g의 BET 표면적, 0.1-1.5 cm2/g의 기공 부피, 4-15 Å의 기공 직경인 금속-유기 골격체.The method of claim 12, wherein the [formula 2] of the metal-organic framework material is 200-2000 m 2 / g of the Langmuir surface area, BET specific surface area of 200-1500 m 2 / g, 0.1-1.5 cm 2 / g of the pore Metal-organic framework with a volume, pore diameter of 4-15 mm 3. 제12항에 있어서, 상기 [화학식 2]의 금속-유기 골격체는 상기 [화학식 3]의 용매화물을 40-80 ℃의 진공 하에서 1-3 시간 동안 가열하여 제조되는 금속-유기 골격체.The metal-organic skeleton of claim 12, wherein the metal-organic skeleton of [Formula 2] is prepared by heating the solvate of [Formula 3] under a vacuum of 40-80 ° C. for 1-3 hours. 제7항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 금속-유기 골격체를 포함하는 기체 장치로서 기체분리장치, 기체저장장치, 이온교환장치 및 기체센서장치 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 금속-유기 골격체를 포함하는 장치.A gas device comprising the metal-organic framework according to any one of claims 7 to 14, wherein the metal device is any one selected from a gas separation device, a gas storage device, an ion exchange device, and a gas sensor device. A device comprising an organic framework. 제15항에 있어서, 상기 기체장치는 77-310 K 및 0.0001-110 bar에서 산소, 질소, 수소 및 이산화탄소로 이루어진 그룹 중에서 선택된 기체를 흡착하는 금속-유기 골격체를 포함하는 장치.16. The device of claim 15, wherein the gas device comprises a metal-organic framework that adsorbs a gas selected from the group consisting of oxygen, nitrogen, hydrogen and carbon dioxide at 77-310 K and 0.0001-110 bar. H2BPnDC와 bpy를 DEF에 용해하고, M(NO3)2?6H2O을 MeOH에 용해하여 서로 섞은 후 20-28 시간 동안 60-100 ℃로 가열하여 제조하는 금속-유기 골격체 제조방법:H 2 BPnDC and bpy dissolved in DEF, M (NO 3 ) 2 ~ 6H 2 O dissolved in MeOH and mixed with each other and then prepared by heating to 60-100 ℃ for 20-28 hours to prepare a metal-organic skeleton : [화학식 4][Formula 4] {[M2(BPnDC)2(bpy)]?2DEF?2MeOH}n{[M 2 (BPnDC) 2 (bpy)]? 2DEF? 2MeOH} n 상기 M은 Zn, Cu, Cd 및 Mn으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 금속임.M is a metal selected from the group consisting of Zn, Cu, Cd and Mn. 제17항에 있어서, 상기 [화학식 4]의 금속-유기 골격체를 메탄올에 침지하여 [화학식 3]의 금속-유기 골격체를 제조하는 금속-유기 골격체 제조방법.18. The method of claim 17, wherein the metal-organic skeleton of [Formula 4] is immersed in methanol to produce the metal-organic skeleton of [Formula 3]. [화학식 3](3) {[M2(BPnDC)2(bpy)]?6MeOH}n{[M 2 (BPnDC) 2 (bpy)]? 6MeOH} n 제18항에 있어서, 상기 [화학식 3]의 금속-유기 골격체를 40-80 ℃의 진공 하에서 1-3 시간 동안 가열하여 제조하는 금속-유기 골격체 제조방법.The method of claim 18, wherein the metal-organic skeleton of [Formula 3] is prepared by heating for 1 to 3 hours under a vacuum of 40-80 ° C. [화학식 2][Formula 2] [M2(BPnDC)2(bpy)]n[M 2 (BPnDC) 2 (bpy)] n
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104230968B (en) * 2014-09-09 2017-02-08 谭柳 Cadmium-containing dual-core polymer with mixed-ligand and preparation method of cadmium-containing dual-core polymer
CN104529226B (en) * 2015-01-20 2017-02-08 广东省梅州市质量计量监督检测所 Cement strength enhancer
CN104529237B (en) * 2015-01-29 2017-01-04 广州中茂园林建设工程有限公司 Concrete strength enhancer and concrete thereof
CN112778122B (en) * 2021-01-15 2022-11-22 佛山科学技术学院 Preparation method and application of indium-based metal organic framework material

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Hye Jeong Park et al. Chemistry - A European Journal Volume 14, Issue 29, Article first published online: 12 SEP 2008

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109438721A (en) * 2018-11-15 2019-03-08 江苏科技大学 A kind of cadmium base luminescent metal organic framework material and its preparation method and application with high-fluorescence quantum yield

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