Badania syntezy i wykorzystania związków metaloorganicznych MOF, przegląd prac z udziałem Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

• Autorzy: Gajda Aleksandra , Pajdak Patrycja , Niekowal Paulina , Kurowski Grzegorz , Hyjek Kornelia , Jodłowski Przemysław

Warianty tytułu

EN

Studies on the synthesis and use of MOF metal-organic frameworks, a review of work involving the Strata Mechanics Research Institute of the Polish Academy of Sciences

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zaprezentowano przegląd wybranych aktywności naukowych dotyczących związków metaloorganicznych MOF, w których uczestniczył Instytut Mechaniki Górotworu PAN we współpracy z innymi jednostkami naukowymi, w tym z Wydziałem Inżynierii i Technologii Chemicznej Politechniki Krakowskiej. Wspólnym pierwiastkiem wszystkich prac jest wykorzystanie związków MOF różnego typu do procesów transportu, magazynowania, wychwytu i usuwania wybranych związków chemicznych. Prace podejmują zagadnienia transportu pochodnych chlorochiny za pośrednictwem związków MOF do celowanych komórek w organizmie Danio rerio, zmniejszając tym samym kardiotoksyczność tej substancji. Inne prace poruszają problematykę skutecznego i bezpiecznego usuwania różnych toksyn z organizmu przy użyciu MOFów. Wykonano badania nad stworzeniem biobójczego kompozytu w oparciu o związki MOF, czy udoskonaleniem metody syntezy nowego typu MOF na bazie hafnu. W kontekście badań sorpcji w układzie ciało stałe – gaz, zbadano efektywność zastosowania MOFów jako systemów do magazynowania metanu.

EN

The article presents an overview of selected scientific activities concerning MOF metal-organic frameworks, in which the Strata Mechanics Research Institute of the Polish Academy of Sciences participated in cooperation with other scientific units, including the Faculty of Chemical Engineering and Technology, Cracow University of Technology. The common element in all the works is the use of MOF compounds of various types for the transport, storage, capture and removal processes of selected chemical compounds. The works address the issues of transport of chloroquine derivatives via MOF compounds to targeted cells in the body, thus reducing the cardiotoxicity of this substance. Other works address the issue of effective and safe removal of various toxins from the body using MOFs. Research has been carried out on the creation of a biocidal composite based on MOF compounds, or the improvement of a method for the synthesis of a new type of MOF based on hafnium. In the context of sorption studies in the solid-gas system, the effectiveness of using MOFs as methane storage systems was investigated.

Słowa kluczowe

PL

związki metaloorganiczne; MOF; adsorpcja; wychwyt CH4; metan

EN

metal-organic frameworks; adsorption; capture of CH4; methane

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN
• Rocznik: 2023
• Tom: T. 25, nr 1-4
• Strony: 15--22
• Opis fizyczny: Bibliogr. 41 poz., rys.

Twórcy

autor

Gajda Aleksandra

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN, ul. Władysława Reymonta 27, 30-059 Kraków

• https://orcid.org/0000-0001-7641-5446

autor

Pajdak Patrycja

• Uniwersytet Jagielloński, Wydział Chemii, ul. Gronostajowa 2, 30-387 Kraków

autor

Niekowal Paulina

• Uniwersytet Wrocławski, Wydział Biotechnologii, ul. Fryderyka Joliot-Curie 14a, 50-383 Wrocław

autor

Kurowski Grzegorz

• Politechnika Krakowska, Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej, ul. Warszawska 24, 30-155 Kraków

autor

Hyjek Kornelia

• Politechnika Krakowska, Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej, ul. Warszawska 24, 30-155 Kraków

autor

Jodłowski Przemysław

• Politechnika Krakowska, Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej, ul. Warszawska 24, 30-155 Kraków

Bibliografia

• Abdelhamid, H.N., (2023): Metal-organic frameworks (MOFs) as a unique theranostic nanoplatforms for therapy and imaging. In Inorganic Nanosystems (pp. 323-350). Elsevier. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-323-85784-0.00006-6
• Aniruddha, R., Sreedhar, I., Reddy, B.M., (2020): MOFs in carbon capture-past, present and future. Journal of CO2 Utilization, 42, 101297. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcou.2020.101297
• Czaja, A. U., Trukhan, N., & Müller, U. (2009): Industrial applications of metal–organic frameworks. Chemical Society Reviews, 38 (5), 1284. DOI: https://doi.org/10.1039/b804680h
• Dhakshinamoorthy, A., Li, Z., Garcia, H., (2018): Catalysis and photocatalysis by metal organic frameworks. Chemical Society Reviews, 47 (22), 8134-8172. DOI: https://doi.org/10.1039/C8CS00256H
• Dolgopolova, E.A., Brandt, A.J., Ejegbavwo, O.A., Duke, A.S., Maddumapatabandi, T.D., Galhenage, R.P., Larson, B.W., Reid, O.G., Ammal, S.C., Heyden, A., Chandrashekhar, M., Stavila, V., Chen, D.A., Shustova, N.B., (2017): Electronic Properties of Bimetallic Metal–Organic Frameworks (MOFs): Tailoring the Density of Electronic States through MOF Modularity. Journal of the American Chemical Society, 139 (14), 5201-5209. DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.7b01125
• Dymek, K., Kurowski, G., Hyjek, K., Boguszewska-Czubara, A., Biernasiuk, A., Pajdak, A., Kuterasiński, Ł., Piskorz, W., Gajewska, M., Bała, J., Zapotoczny, S., Jodłowski, P.J. (2024): Metal-organic frameworks@silk composites as efficient levofloxacin carriers against nosocomial infections and pathogens. Applied Materials Today, 36, 102044. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apmt.2023.102044
• Dymek, K., Kurowski, G., Kuterasiński, Ł., Jędrzejczyk, R., Szumera, M., Sitarz, M., Pajdak, A., Kurach, Ł., Boguszewska--Czubara, A., Jodłowski, P.J. (2021): In Search of Effective UiO-66 Metal–Organic Frameworks for Artificial Kidney Application. ACS Applied Materials & Interfaces, 13 (38), 45149-45160. DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.1c05972
• Erans, M., Sanz-Pérez, E.S., Hanak, D.P., Clulow, Z., Reiner, D.M., Mutch, G.A., (2022): Direct air capture: process technology, techno-economic and socio-political challenges. Energy & Environmental Science, 15 (4), 1360-1405. DOI: https://doi.org/10.1039/D1EE03523A
• Fumanal, M., Corminboeuf, C., Smit, B., Tavernelli, I., (2020): Optical absorption properties of metal–organic frameworks: solid state versus molecular perspective. Physical Chemistry Chemical Physics, 22 (35), 19512-19521. DOI: https://doi.org/10.1039/D0CP03899G
• Furukawa, H., Cordova, K.E., O’Keeffe, M., Yaghi, O.M., (2013): The Chemistry and Applications of Metal-Organic Frameworks. Science, 341 (6149). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1230444
• Hu, Y., Song, X., Zheng, Q., Wang, J., Pei, J., (2019): Zeolitic imidazolate framework-67 for shape stabilization and enhanced thermal stability of paraffin-based phase change materials. RSC Advances, 9 (18), 9962-9967. DOI: https://doi.org/10.1039/C9RA00874H
• Hyjek, K., Kurowski, G., Dymek, K., Boguszewska-Czubara, A., Budzyńska, B., Wronikowska-Denysiuk, O., Gajda, A., Piskorz, W., Śliwa, P., Szumera, M., Jeleń, P., Sitarz, M., Jodłowski, P.J., (2024): Metal-organic frameworks for efficient mephedrone detoxification or supervised withdrawal – synthesis, characterisation, and in vivo studies. Chemical Engineering Journal, 479, 147655. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147655
• Jodłowski, P.J., Dymek, K., Kurowski, G., Hyjek, K., Boguszewska-Czubara, A., Budzyńska, B., Pajdak, A., Kuterasiński, Ł., Piskorz, W., Jeleń, P., Sitarz, M., (2023): In vivo and in vitro studies of efficient mephedrone adsorption over zirconium-based metal-organic frameworks corroborated by DFT+D modeling. Microporous and Mesoporous Materials, 359, 112647. DOI: https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2023.112647
• Jodłowski, P.J., Kurowski, G., Dymek, K., Oszajca, M., Piskorz, W., Hyjek, K., Wach, A., Pajdak, A., Mazur, M., Rainer, D.N., Wierzbicki, D., Jeleń, P., Sitarz, M., (2023): From crystal phase mixture to pure metal-organic frameworks –Tuning pore and structure properties. Ultrasonics Sonochemistry, 95, 106377. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2023.106377
• Jodłowski, P.J., Kurowski, G., Kuterasiński, Ł., Sitarz, M., Jeleń, P., Jaśkowska, J., Kołodziej, A., Pajdak, A., Majka, Z., Boguszewska-Czubara, A., (2021): Cracking the Chloroquine Conundrum: The Application of Defective UiO-66 Metal–Organic Framework Materials to Prevent the Onset of Heart Defects – In Vivo and In Vitro. ACS Applied Materials & Interfaces, 13 (1), 312-323. DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.0c21508
• Jodłowski, P.J., Kurowski, G., Skoczylas, N., Pajdak, A., Kudasik, M., Jędrzejczyk, R.J., Kuterasiński, Ł., Jeleń, P., Sitarz, M., Li, A., Mazur, M., (2022): Silver and copper modified zeolite imidazole frameworks as sustainable methane storage systems. Journal of Cleaner Production, 352, 131638. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.131638
• Karimi, M., Mehrabadi, Z., Farsadrooh, M., Bafkary, R., Derikvandi, H., Hayati, P., Mohammadi, K., (2021): Metal–organic framework (pp. 279-387). DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-818805-7.00010-2
• Lee, Y.-R., Kim, J., Ahn, W.-S., (2013): Synthesis of metal-organic frameworks: A mini review. Korean Journal of Chemical Engineering, 30 (9), 1667-1680. DOI: https://doi.org/10.1007/s11814-013-0140-6
• Li, H., Wang, S., Zeng, Q., Kang, J., Guan, W., Li, W., (2021): Effects of Pore Structure of Different Rank Coals on Methane Adsorption Heat. Processes, 9 (11), 1971. DOI: https://doi.org/10.3390/pr9111971
• Mondloch, J.E., Bury, W., Fairen-Jimenez, D., Kwon, S., DeMarco, E.J., Weston, M.H., Sarjeant, A.A., Nguyen, S.T., Stair, P.C., Snurr, R.Q., Farha, O.K., Hupp, J.T., (2013): Vapor-Phase Metalation by Atomic Layer Deposition in a Metal–Organic Framework. Journal of the American Chemical Society, 135 (28), 10294-10297. DOI: https://doi.org/10.1021/ja4050828
• Naghdi, S., Shahrestani, M.M., Zendehbad, M., Djahaniani, H., Kazemian, H., Eder, D., (2023): Recent advances in application of metal-organic frameworks (MOFs) as adsorbent and catalyst in removal of persistent organic pollutants (POPs). Journal of Hazardous Materials, 442, 130127. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.130127
• Nazir, M.A., Najam, T., Shahzad, K., Wattoo, M.A., Hussain, T., Tufail, M.K., Shah, S.S.A., Rehman, A., ur. (2022): Heterointerface engineering of water stable ZIF-8@ZIF-67: Adsorption of rhodamine B from water. Surfaces and Interfaces, 34, 102324. DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfin.2022.102324
• Park, K.S., Ni, Z., Côté, A.P., Choi, J.Y., Huang, R., Uribe-Romo, F.J., Chae, H.K., O’Keeffe, M., Yaghi, O.M., (2006): Exceptional chemical and thermal stability of zeolitic imidazolate frameworks. Proceedings of the National Academy of Sciences, 103 (27), 10186-10191. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.0602439103
• Qian, Q., Asinger, P.A., Lee, M.J., Han, G., Mizrahi Rodriguez, K., Lin, S., Benedetti, F.M., Wu, A.X., Chi, W.S., Smith, Z.P., (2020): MOF-Based Membranes for Gas Separations. Chemical Reviews, 120 (16), 8161-8266. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00119
• Rieth, A.J., Wright, A.M., Dincă, M., (2019): Kinetic stability of metal–organic frameworks for corrosive and coordinating gas capture. Nature Reviews Materials, 4 (11), 708-725. DOI: https://doi.org/10.1038/s41578-019-0140-1
• Rosen, A.S., Fung, V., Huck, P., O’Donnell, C.T., Horton, M.K., Truhlar, D.G., Persson, K.A., Notestein, J.M., Snurr, R.Q., (2022): High-throughput predictions of metal–organic framework electronic properties: the-oretical challenges, graph neural networks, and data exploration. Npj Computational Materials, 8 (1), 112. DOI: https://doi.org/10.1038/s41524-022-00796-6
• Saeb, M.R., Rabiee, N., Mozafari, M., Verpoort, F., Voskressensky, L.G., Luque, R., (2021): Metal–Organic Frameworks (MOFs) for Cancer Therapy. Materials, 14 (23), 7277. DOI: https://doi.org/10.3390/ma14237277
• Samaszko-Fiertek, J., Khalatyan, A., Dmochowska, B., Ślusarz, R., Madaj, J., (2023): Sieci metalo-organiczne typu MOF jako przykład materiałów wykorzystywanych w ukierunkowanej terapii przeciwnowotworowej. Wiadomości Chemiczne, ISSN 0043-5104, e-ISSN 2300-0295, 77 (1-2), 35-53.
• Sharifi-Rad, M., Kaykhaii, M., Khajeh, M., Oveisi, A., (2022): Synthesis, characterization and application of a zirconium-based MOF-808 functionalized with isonicotinic acid for fast and efficient solid phase extraction of uranium(VI) from wastewater prior to its spectrophotometric determination. BMC Chemistry, 16 (1), 27. DOI: https://doi.org/10.1186/s13065-022-00821-1
• Shöâeè, M., Agger, J.R., Anderson, M.W., Attfield, M.P., (2008): Crystal form, defects and growth of the metal organic framework HKUST-1 revealed by atomic force microscopy. CrystEngComm, 10 (6), 646. DOI: https://doi.org/10.1039/b718890k
• Siva, V., Shameem, A., Murugan, A., Athimoolam, S., Vinitha, G., Bahadur, S.A., (2020): Structural, thermal and electro-optical properties of guanidine based Metal-Organic Framework (MOF). Chinese Journal of Physics, 68, 764-777. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cjph.2020.09.036
• Tao, C., Wang, J., Chen, R., (2020): Metal Organic Frameworks-Based Optical Thin Films. In Multilayer Thin Films – Versatile Applications for Materials Engineering. IntechOpen. DOI: https://doi.org/10.5772/intechopen.86290
• Thommes, M., Kaneko, K., Neimark, A.V., Olivier, J.P., Rodriguez-Reinoso, F., Rouquerol, J., Sing, K.S.W., (2015): Physisorption of gases, with special reference to the evaluation of surface area and pore size distribution (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry, 87 (9-10), 1051-1069. DOI: https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117
• Vieira Soares, C., Damasceno Borges, D., Wiersum, A., Martineau, C., Nouar, F., Llewellyn, P.L., Ramsahye, N.A., Serre, C., Maurin, G., Leitão, A.A., (2016). Adsorption of Small Molecules in the Porous Zirconium-Based Metal Organic Framework MIL-140A (Zr): A Joint Computational-Experimental Approach. The Journal of Physical Chemistry C, 120 (13), 7192-7200. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6b01428
• Winarta, J., Shan, B., Mcintyre, S.M., Ye, L., Wang, C., Liu, J., Mu, B., (2020): A Decade of UiO-66 Research: A Historic Review of Dynamic Structure, Synthesis Mechanisms, and Characterization Techniques of an Archetypal Metal–Organic Framework. Crystal Growth & Design, 20 (2), 1347-1362. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.cgd.9b00955
• Xie, L.S., Skorupskii, G., Dincă, M., (2020): Electrically Conductive Metal–Organic Frameworks. Chemical Reviews, 120 (16), 8536-8580. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00766
• Xu, B., Zhang, H., Mei, H., Sun, D., (2020): Recent progress in metal-organic framework-based supercapacitor electrode materials. Coordination Chemistry Reviews, 420, 213438. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ccr.2020.213438
• Yang, B., Wheeler, J.I., Sorensen, B., Steagall, R., Nielson, T., Yao, J., Mendez-Arroyo, J., Ess, D.H., (2021): Computational determination of coordination structure impact on adsorption and acidity of pristine and sulfated MOF-808. Materials Advances, 2 (13), 4246-4254. DOI: https://doi.org/10.1039/D1MA00330E
• Zhang, Y., Khan, A.R., Yang, X., Fu, M., Wang, R., Chi, L., Zhai, G., (2021): Current advances in versatile metal-organic frameworks for cancer therapy. Journal of Drug Delivery Science and Technology, 61, 102266. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jddst.2020.102266
• Zheng, Y., Zhang, X., Su, Z., (2021): Design of metal–organic framework composites in anti-cancer therapies. Nanoscale, 13 (28), 12102-12118. DOI: https://doi.org/10.1039/D1NR02581C
• Zhou, J., Zeng, C., Ou, H., Yang, Q., Xie, Q., Zeb, A., Lin, X., Ali, Z., Hu, L., (2021): Metal–organic framework-based materials for full cell systems: a review. Journal of Materials Chemistry C, 9 (34), 11030-11058. DOI: https://doi.org/10.1039/D1TC01905H

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).