Syntheses and Applications of Metal-Organic Frameworks and Their Hetero-structures by Microdroplets and Decarboxylation Etching Approaches

Abstract

이 논문은 이종 형태의 유기금속구조체를 미세유체액적과 디카르복실레이션을 이용한 합성과 응용에 관한 연구 결과이다. 유기금속 다공성 물질(metal-organic frameworks)은 금속이온과 유기 리간드가 배위 결합에 의한 자기조립을 통해 무한히 연결된 결정질 다공성 물질로서, 촉매, 가스저장, 분리 자성 및 약물 전달의 연구 분야에 폭 넓게 활용되고 있다. 특히 이종 형태의 구조나 다공성을 도입하는 연구는 두 가지 이상의 기능을 하나의 입자에 부여할 수 있다는 장점을 갖게 한다. 본 연구에서는 미세유체액적 시스템이 갖는 장점을 활용하여 이종 형태의 유기금속구조체를 합성하는 실험을 진행하고 합성된 유기금속구조체를 디카르복실레이션을 이용하여 이종 형태의 다공성을 부여하는 연구를 진행하였다.

Metal-organic frameworks (MOFs) are porous crystalline materials consisting of metal clusters or ions, which act as connecting nodes and rigid organic bridging ligands. They have attracted broad interests in recent decades because of their permanent pore structures as well as their potential applications in catalysis, gas storage and separation, magnetism and drug delivery, etc. The utilization of microfluidic devices to confine reactant into nanoliter droplets have been extensively exploited for high-throughput biological and biochemical screening experiments over the last few decades. Each microdroplet is essentially a miniature chemist’s flask with the additional benefits of a high surface-area-to-volume ratio and highly efficient mixing transfer. Moreover, formation of droplets by microfluidic device provided better performance over nanoparticle, inorganic and organic materials, due to their precise control, short diffusive length and properties. In this thesis, the facile strategy to synthesis of various MOF structures ranging from single-, hetero, hollow, core-shell, multiple shell and multi shelled hollow spheres by combination of droplet-based inner- and interfacial microdroplet approach are presented.