금속-유기 프레임워크에 대한 분광 측정을 수행하기 위한 기술 가이드

금속-유기 골격(MOF)은 유기 분자로 연결된 금속 산화물 노드로 구성되며, 구성 부품이 용매열 조건에서 함께 반응할 때 계층적 다공성 구조를 형성합니다¹. 영구 다공성 MOF는 2000년대 초반에 처음 보고되었으며, 그 이후로 구조적 구성 요소 2,3,4,5,6,7의 고유한 조정 가능성을 감안할 때 급성장하는 분야는 광범위한 응용 분야를 포함하도록 확장되었습니다. MOF 분야가 성장하는 동안 광촉매 8,9,10,11, 상향 변환 ^{12,13,14,15,16} 및 광전기 화학 ¹⁷과 같은 빛 구동 공정에서 잠재력을 활용하기 위해 MOF의 노드^, 리간드 및 기공에 광활성 물질을 통합한 소수의 연구자가 있었습니다 ^,18. MOF의 소수의 광 구동 프로세스는 기증자와 수용자 사이의 에너지 및 전자 전달을 중심으로 이루어집니다 (17,19,20,21,22,23,24,25). 분자 시스템에서 에너지 및 전자 전달을 연구하는 데 사용되는 가장 일반적인 두 가지 기술은 방출 및 과도 흡수 분광법입니다^26,27.

MOF에 대한 많은 연구는 샘플 준비, 측정 수행 및 (상대적으로) 간단한 분석이 상대적으로 쉽다는 점을 감안할 때 방출 특성화에 중점을 두었습니다 19,22,23,24,28. 에너지 전달은 전형적으로 공여체 방출 강도 및 수명의 손실 및 MOF 백본에 로딩된 수용체의 방출 강도의 증가로서 나타난다(19,23,28). MOF에서 전하 이동의 증거는 MOF^29,30에서 방출 양자 수율과 발색단의 수명 감소로 나타납니다. 방출 분광법은 MOF 분석에서 강력한 도구이지만 MOF 광화학에 대한 완전한 기계론적 이해를 제시하는 데 필요한 정보의 일부만 다룹니다. 과도 흡수 분광법은 에너지 및 전하 이동의 존재를 지원할 수 있을 뿐만 아니라, 이 방법은 또한 비방사 단일항 및 삼중항 여기 상태 거동과 관련된 스펙트럼 시그니처를 검출할 수 있어 특성화를 위한 가장 다재다능한 도구 중 하나가 된다^31,32,33.

과도 흡수 분광법(transient absorption spectroscopy)과 같은 보다 강력한 특성화 기법이 MOF에 거의 적용되지 않는 주된 이유는 특히 현탁액(suspension)을 사용하여 산란이 최소화된 시료를 준비하는 것이 어렵기 때문이다⁽³⁴). MOF에 대한 일시적인 흡수를 성공적으로 수행한 소수의 연구에서 MOF의 크기는 <500nm이며 일부 예외는 산란 15,21,25,35,36,37을 최소화하기 위해 입자 크기를 줄이는 것의 중요성을 강조합니다. 다른 연구에서는 산란 문제를 피하기 위해 MOF 박막(¹⁷) 또는 SURMOF(^38,39,40)를 사용합니다. 그러나 적용 가능성의 관점에서 볼 때 사용은 매우 제한적입니다. 또한 일부 연구 그룹은 Nafion의 고산성 설포네이트 그룹을 고려할 때 안정성에 대한 몇 가지 우려를 제기하는 Nafion 또는 폴리스티렌³⁴를 사용하여 MOF의 폴리머 필름을 만드는 데 착수했습니다. 콜로이드 반도체 현탁액^41,42의 제조에서 영감을 얻어 분광 측정¹¹을 위해 MOF 입자를 현탁하고 안정화하는 데 도움이 되는 폴리머를 사용하여 큰 성공을 거두었습니다. 이 작업에서는 MOF 서스펜션을 준비하고 방출, 나노초(ns) 및 초고속(uf) 과도 흡수(TA) 분광법 기술로 특성화할 때 따라야 할 널리 적용 가능한 지침을 설정합니다.