ゼータイミダゾレートフレームワークのゼータ電位とサイズ分析-8界面活性剤支援合成によって調製されたナノ結晶

単分散化された金属有機フレームワークナノ粒子の結晶核生成および成長メカニズムは、時間分解の光動態、電気動態、および粉末X線回折法を使用して研究されました。ゼオライトイミダゾレートフレームワーク-8（ZIF-8）ナノクリスタルは、2つの前駆体が混合されると自然に形成される密な液体クラスターまたはナノ結晶で高速核形成が発生する非古典的な結晶成長経路に従うことを確認しました。また、界面活性剤支援合成によって調製されたZIF-8のゼータ電位と溶液力学的サイズの変化も調査しました。1-メチルイミダゾール（1-MIM）、トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン（THAM）、および（1-ヘキサデシル）トリメチルアンモニウム臭化物（CTAB）を含む3つのモジュレーターが研究されました。1-MIMがZIF-8の核形成速度を劇的に増加させることがわかりました。調整変調器として機能する1-MIMの量が増加すると、サイズが増加し、ZIF-8のゼータ電位が減少します。一方、調整と脱プロトン化変調器の両方として、ThamはZIF-8のサイズとゼータ電位を同時に増加させます。CTABは、主にZIF-8の表面に吸着する長いアルキルカチオン性界面活性剤として、および形成されたZETA電位を吸着しますZIF-8は、その臨界ミセル濃度と比較して、溶液中のCTABの量によって制御されます。全体として、モジュレーターの種類と濃度を使用して、コロイドシステムの分散ZIF-8ナノ結晶のサイズとゼータ電位を制御できることを明らかにします。また、この実験により、ZIF-8の核生成および結晶成長プロセスの識別が可能になります。調査結果は、不均一な触媒とゲスト分子負荷に使用されるコロイドシステムの他のナノ結晶に適用されます。

The crystal nucleation and growth mechanism of monodispersed metal-organic framework nanoparticles were studied using time-resolved light dynamic, electrokinetic, and powder X-ray diffraction methods. We confirmed that zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) nanocrystals follow a nonclassical crystal growth pathway, where a fast nucleation occurs with dense liquid clusters or nanocrystals forming spontaneously when two precursors are mixed. We also explored the zeta potential and solvodynamic size changes of ZIF-8 prepared by a surfactant-assisted synthesis. Three modulators, including 1-methylimidazole (1-mIm), tris(hydroxymethyl)aminomethane (THAM), and (1-hexadecyl)trimethylammonium bromide (CTAB), were studied. We found that 1-mIm dramatically increases the rate of nucleation of ZIF-8. With an increasing amount of 1-mIm, which functions as a coordination modulator, the size increases, and the zeta potential of ZIF-8 decreases. Whereas THAM, as both a coordination and a deprotonation modulator, increases the size and zeta potential of ZIF-8 simultaneously, CTAB, as a long alkyl cationic surfactant, mainly adsorbs on the surface of ZIF-8, and the zeta potential of the formed ZIF-8 is controlled by the amount of CTAB in solution compared with its critical micelle concentration. Overall, we reveal that the modulator type and concentration can be used to control the size and zeta potential of the dispersed ZIF-8 nanocrystals in a colloid system. The experiments also enable identification of the nucleation and crystal growth processes of ZIF-8. The findings will be applicable to other nanocrystals in colloid systems, which are used for heterogeneous catalysis and guest molecular loadings.