_ Cercetătorii efectuează o evaluare completă a pregătirii MOF retardanți de flacără pe bază de clivaj de coordonare

De la primul raport de ignifugă pe bază de cadru metal-organic (MOF) din 2017, acest domeniu de cercetare a explodat. Cu toate acestea, îmbunătățirea eficienței ignifuge a MOF-urilor și extinderea domeniilor lor de aplicare rămân provocări critice. Proprietățile fizico-chimice ale MOF sunt strâns dependente de topologia lor, caracteristicile porilor și compoziția chimică, care pot fi modulate prin proiectare țintită.

Relativ la sinteza directă, strategiile de post-sinteză pentru MOF, inclusiv schimbul de ioni, înlocuirea ligandului și gravarea acidă/bază și-au mărit foarte mult domeniul de aplicare și potențialul. Metodele bazate pe clivarea legăturilor de coordonare a MOF-urilor s-au dovedit a fi foarte eficiente în modularea structurii și au atras cercetări ample în domeniul retardării la flacără.

Echipa Ye-Tang Pan de la Institutul de Tehnologie din Beijing ( BIT) se concentrează pe proiectarea și prepararea de ignifugări pe bază de MOF și nanocompozite polimerice ignifuge multifuncționale. Această lucrare prezintă progrese importante ale retardanților de flacără pe bază de MOF până în prezent din trei aspecte: dezvoltarea și provocările retardanților de flacără pe bază de MOF, proiectarea retardanților de flacără eficienți pe bază de MOF prin ruperea legăturilor de coordonare și aplicarea MOF funcționalizați în flacără. câmp retardant.

Lucrarea este publicată în Industrial Chemistry & Materials.

MOF-urile aplicate singure nu conferă valori ale indicelui limitator de oxigen (LOI) și indicele de combustie verticală UL-94. compozite polimerice, datorită elementului unic ignifug, procentaj scăzut de elemente ignifuge, inflamabilitate a liganzilor și structurii porilor dominate de microporoase, care este dificil de utilizat pe deplin.

„În această revizuire, am să evalueze critic pentru prima dată metodele post-sintetice care implică clivajul legăturilor de coordonare în domeniul ignifug pentru a adapta compozite și structuri cu sau fără a perturba chimia de reticulare a matricei părinte a MOF-urilor", a spus Ye-Tang Pan, profesor. la Institutul de Tehnologie din Beijing, China, „Încheiem cu o perspectivă critică asupra aplicațiilor, provocărilor și perspectivelor viitoare ale acestui domeniu emergent și în evoluție.”

Derivatizarea șablonului de MOF este considerată a fi o strategie eficientă pentru prepararea materialelor structural functionalizate; totuși, compușii metal-carbon generați în mod obișnuit depind în mod dramatic de tratamente termice necontrolabile și consumă energie. Liganzii organici costisitori sunt sparți în gaze și vărsați la temperaturi ridicate, însoțiți de contracția structurală intrinsecă, lăsând structuri de carbon cu componente funcționale limitate.

De aceea, scindarea pseudomorfă a MOF-urilor bazată pe strategia de schimb ion/ligand este mai ușor, blând și controlabil, care este, de asemenea, din ce în ce mai investigat în multe domenii. MOF-urile posedă potențiale inerente de ignifugare, adică suprafață specifică mare, structură bine definită a porilor și proprietăți fizico-chimice reglabile, iar strategiile de mai sus oferă, de asemenea, perspective fezabile asupra funcționalizării ignifuge a MOF-urilor.

Nepotrivirea tăriei acid-bazică duce la o valoare a pH-ului departe de 7 pentru sarea corespunzătoare în timpul hidrolizei. Liganzii imidazolat alcalini din ZIF-uri sunt predispuși la protonare de către H+ eliberat din soluția apoasă conținută în sare, urmată de prăbușirea cadrelor.

Grupul a fost pionier în cercetarea corelațională încă din 2017, în care fulgii de hidroxid de aluminiu asemănător fagurelor au fost fabricați utilizând nitrat de aluminiu (apos) pentru a ataca agregatele ZIF-8. Îndepărtarea dodecaedrelor rombice cu reziduul stratului acoperit exterior a dus la Al(OH)3 mezoporos care ar putea fi încărcat în continuare cu ignifug pe bază de fosfor pentru a îmbunătăți siguranța la foc a rășinii epoxidice (EP), superioară omologilor comerciali.

Un motiv major pentru care rezistența la flacără a MOF-urilor în sine nu este remarcabilă este că structurile lor conțin un număr mare de liganzi inflamabili. Substituția funcțională ignifugă a liganzilor primiți prin strategia de schimb de liganzi post-sinteză oferă o idee bună pentru a îmbunătăți performanța ignifugă a MOF-urilor.

Pentru ZIF-urile compuse din liganzi de bază, compușii acizi sunt mai susceptibili de a se rupe legăturile lor de coordonare, care sunt cauzate de liganzii protonați H+ ionizați. Procesul de disociere a legăturilor de coordonare ale MOF în condiții alcaline poate fi simplificat ca un proces de schimb de liganzi în care grupările de coordonare în soluție sunt înlocuite cu anioni/molecule precum OH- și H2O. Din punct de vedere termodinamic, MOF-urile sunt mai înclinate să rămână în stare cristalină dacă legătura de coordonare dintre ionul metalic și ligand (M-L) este mai puternică decât cea dintre OH- sau alți anioni ligand.

În plus, inspirat de strategia de încapsulare și strategia de gravare cu acid, grupul a raportat pentru prima dată că fenomenul de generare de acid prin condensarea unor compuși specifici a fost utilizat pentru a realiza gravarea simultană a ZIF-67 în timpul procesului de încapsulare, ceea ce este favorabil îmbunătățirii flăcării. retardanța și eficiența sintezei pentru materialele de umplutură preparate.

Ca material poros, MOF-urile pot adsorbi particulele de fum și gazele toxice generate în timpul arderii polimerului. Cu toate acestea, MOF-urile ca ignifugă se confruntă adesea cu problema capacității insuficiente de formare a carbonului. Încărcarea materialelor de umplutură funcționale este o strategie eficientă pentru a rezolva această problemă. Încărcarea eficientă a oaspeților poate fi realizată prin pregătirea suporturilor cu structuri ierarhice poroase sau goale.

Acest grup de cercetare a construit nanocași poroase ierarhice asemănătoare unui cuib de pasăre, cu încărcare eficientă de fosfat de trifenil până la 35,8% în greutate și compozitele de poliuree preparate au prezentat o durabilitate bună în ceea ce privește proprietățile ignifuge. În plus, proiectarea MOF-urilor cu nanostructuri deschise le poate îmbunătăți capacitatea de captare a particulelor de fum. Gazele toxice și particulele de fum sunt captate mai ușor de MOF-uri prin adsorbție fizică și chimică.

Funcționalizarea ușoară a MOF-urilor creează, de asemenea, condiții convenabile pentru grefarea moleculelor țintă. Principalele metode includ reacția de substituție între MOF-uri funcționalizate amino și retardanții de flacără care conțin legături fosfor-clor; reacția de adiție între MOF funcționalizați cu duble legătură și retardanții de flacără care conțin legături fosfor-hidrogen; și reacția de formare a sării dintre MOF-urile amino-funcționalizate și retardanții de flacără care conțin legături de ester fosfat.

Ignifugerii derivați din MOF au avantaje remarcabile de ignifugare și îmbunătățesc ignifugerea MOF-urilor prin clivajul legăturilor de coordonare, precum și extinderea aplicațiilor lor funcționale este unul dintre mijloacele eficiente.

„În această lucrare, rezumăm și subliniem sistematic ruperea directă sau indirectă a legăturilor de coordonare bazată pe relații conformaționale și funcționalizare ulterioară pentru a construi retardanți de flacără MOF extrem de eficiente. , precum și perspectivele de viitor și provocările cu care se confruntă. De asemenea, se speră că această lucrare va ghida rapid cercetătorii prin domeniu și va inspira următoarele studii", a spus profesorul Pan.

(Fluierul)