Metal-organic framework materials as chemical sensors

Chemical Reviews

Volumn 112, Issue 2, 2012, Pages 1105-1125

  Kreno, Lauren E ^a   Leong, Kirsty ^b   Farha, Omar K ^a   Allendorf, Mark ^b   Van Duyne, Richard P ^a   Hupp, Joseph T ^a  

^a NORTHWESTERN UNIVERSITY   (United States)

^b SANDIA NATIONAL LABORATORIES   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CONCENTRATION RANGES; CRITICAL REVIEW; CRYSTALLOGRAPHIC DIRECTIONS; DETECTION OF EXPLOSIVES; DYNAMIC STRUCTURAL CHANGES; GROWTH METHOD; HUMIDITY DETECTION; LAYER-BY-LAYERS; METAL ORGANIC FRAMEWORK; METAL ORGANIC FRAMEWORK MATERIALS; NITRO-CONTAINING MOLECULES; ORIENTED FILMS; ROBINSON;

ACOUSTIC SURFACE WAVE DEVICES; CHEMICAL SENSORS; EXPLOSIVES DETECTION; FILM GROWTH; FUNCTIONAL GROUPS; QUARTZ;

JAVA PROGRAMMING LANGUAGE;

LUMINESCENT AGENT; ORGANOMETALLIC COMPOUND;

CHEMICAL ANALYSIS; CHEMISTRY; ELECTRODE; INSTRUMENTATION; METHODOLOGY; PARTICLE SIZE; REVIEW; SURFACE PROPERTY;

CHEMISTRY TECHNIQUES, ANALYTICAL; ELECTRODES; LUMINESCENT AGENTS; ORGANOMETALLIC COMPOUNDS; PARTICLE SIZE; SURFACE PROPERTIES;

EID: 84856966361     PISSN: 00092665     EISSN: 15206890     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cr200324t     Document Type: Review

References (114)

1. Tranchemontagne, D. J.; Mendoza-Cortes, J. L.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1257
2. Wang, Z.; Cohen, S. M. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1315
3. Farha, O. K.; Yazaydin, A. O.; Eryazici, I.; Malliakas, C. D.; Hauser, B. G.; Kanatzidis, M. G.; Nguyen, S. T.; Snurr, R. Q.; Hupp, J. T. Nat. Chem. 2010, 2, 944
4. Ryan, P.; Farha, O. K.; Broadbelt, L. J.; Snurr, R. Q. AlChE J. 2011, 57, 1759
5. Collins, D. J.; Zhou, H.-C. J. Mater. Chem. 2007, 17, 3154
6. Li, J.-R.; Ma, Y.; McCarthy, M. C.; Sculley, J.; Yu, J.; Jeong, H.-K.; Balbuena, P. B.; Zhou, H.-C. Coord. Chem. Rev. 2011, 255, 1791
7. Li, J.-R.; Kuppler, R. J.; Zhou, H.-C. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1477
8. Lee, J.; Farha, O. K.; Roberts, J.; Scheidt, K. A.; Nguyen, S. T.; Hupp, J. T. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1450
9. Capone, S.; Forleo, A.; Francioso, L.; Rella, R.; Siciliano, P.; Spadavecchia, J.; Presicce, D. S.; Taurino, A. M. J. Optoelectron. Adv. Mater. 2003, 5, 1335
10. Cavka, J. H.; Jakobsen, S.; Olsbye, U.; Guillou, N.; Lamberti, C.; Bordiga, S.; Lillerud, K. P. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 13850
11. Farha, O. K.; Spokoyny, A. M.; Mulfort, K. L.; Hawthorne, M. F.; Mirkin, C. A.; Hupp, J. T. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 12680
12. Allendorf, M. D.; Bauer, C. A.; Bhakta, R. K.; Houk, R. J. T. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1330
13. Cui, Y.; Yue, Y.; Qian, G.; Chen, B. Chem. Rev. [online early access]. DOI: 10.1021/cr200101d. Published online: Jun 21, 2011; http://dx.doi.org/10. 1021/cr200101d (accessed Aug 13, 2011).
14. Rocha, J.; Carlos, L. D.; Paz, F. A. A.; Ananias, D. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 926
15. Smith, P. A.; Koch, D.; Hook, G. L.; Erickson, R. P.; Jackson Lepage, C. R.; Wyatt, H. D. M.; Betsinger, G.; Eckenrode, B. A. TrAC, Trends Anal. Chem. 2004, 23, 296
16. Gu, Z.-Y.; Wang, G.; Yan, X.-P. Anal. Chem. 2010, 82, 1365
17. Dinca , M.; Long, J. R. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 9376
18. Eddaoudi, M.; Kim, J.; Rosi, N.; Vodak, D.; Wachter, J.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Science 2002, 295, 469
19. Farha, O. K.; Malliakas, C. D.; Kanatzidis, M. G.; Hupp, J. T. J. Am. Chem. Soc. 2009, 132, 950
20. He, H.; Yuan, D.; Ma, H.; Sun, D.; Zhang, G.; Zhou, H.-C. Inorg. Chem. 2010, 49, 7605
21. Ma, S.; Sun, D.; Ambrogio, M.; Fillinger, J. A.; Parkin, S.; Zhou, H.-C. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 1858
22. Shekhah, O.; Wang, H.; Paradinas, M.; Ocal, C.; Schupbach, B.; Terfort, A.; Zacher, D.; Fischer, R. A.; Woüll, C. Nat. Mater. 2009, 8, 481
23. Zhang, J.; Wojtas, L.; Larsen, R. W.; Eddaoudi, M.; Zaworotko, M. J. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 17040
24. Lun, D. J.; Waterhouse, G. I. N.; Telfer, S. G. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 5806
25. Deshpande, R. K.; Minnaar, J. L.; Telfer, S. G. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 4598
26. Farha, O. K.; Mulfort, K. L.; Hupp, J. T. Inorg. Chem. 2008, 47, 10223
27. Lin, X.; Blake, A. J.; Wilson, C.; Sun, X. Z.; Champness, N. R.; George, M. W.; Hubberstey, P.; Mokaya, R.; Schroüder, M. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 10745
28. Wang, Z.; Cohen, S. M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 12368
29. Gadzikwa, T.; Farha, O. K.; Mulfort, K. L.; Hupp, J. T.; Nguyen, S. T. Chem. Commun. 2009, 3720
30. Hwang, Y. K.; Hong, D.-Y.; Chang, J.-S.; Jhung, S. H.; Seo, Y.-K.; Kim, J.; Vimont, A.; Daturi, M.; Serre, C.; Férey, G. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 4144
31. Hinks, N. J.; McKinlay, A. C.; Xiao, B.; Wheatley, P. S.; Morris, R. E. Microporous Mesoporous Mater. 2010, 129, 330
32. Bourrelly, S.; Llewellyn, P. L.; Serre, C.; Millange, F.; Loiseau, T.; Férey, G. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 13519
33. Bae, Y.-S.; Farha, O. K.; Spokoyny, A. M.; Mirkin, C. A.; Hupp, J. T.; Snurr, R. Q. Chem. Commun. 2008, 4135
34. Skoulidas, A. I.; Sholl, D. S. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 15760
35. Wehring, M.; Gascon, J.; Dubbeldam, D.; Kapteijn, F.; Snurr, R. Q.; Stallmach, F. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 10527
36. Haldoupis, E.; Nair, S.; Sholl, D. S. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 7528
37. Stallmach, F.; Groüger, S.; Künzel, V.; Kaürger, J.; Yaghi, O. M.; Hesse, M.; Müller, U. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 2123
38. Zybaylo, O.; Shekhah, O.; Wang, H.; Tafipolsky, M.; Schmid, R.; Johannsmann, D.; Wall, C. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 8092
39. Song, F.; Wang, C.; Falkowski, J. M.; Ma, L.; Lin, W. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 15390
40. Lee, C. Y.; Bae, Y. S.; Jeong, N. C.; Farha, O. K.; Sarjeant, A. A.; Stern, C. L.; Nickias, P.; Snurr, R. Q.; Hupp, J. T.; Nguyen, S. T. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 5228
41. Kortunov, P. V.; Heinke, L.; Arnold, M.; Nedellec, Y.; Jones, D. J.; Caro, J.; Kaürger, J. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 8041
42. Chui, S. S. Y.; Lo, S. M. F.; Charmant, J. P. H; Orpen, A. G.; Williams, I. D. Science 1999, 283, 1148
43. Wang, Q. M.; Shen, D. M.; Bulow, M.; Lau, M. L.; Deng, S. G.; Fitch, F. R.; Lemcoff, N. O.; Semanscin, J. Microporous Mesoporous Mater. 2002, 55, 217
44. Allendorf, M. D.; Houk, R. J. T.; Andruszkiewicz, L.; Talin, A. A.; Pikarsky, J.; Choudhury, A.; Gall, K. A.; Hesketh, P. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 14404
45. Mintova, S.; Mo, S. Y.; Bein, T. Chem. Mater. 2001, 13, 901
46. Lu, G.; Hupp, J. T. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 7832
47. Greathouse, J. A.; Ockwig, N. W.; Criscenti, L. J.; Guilinger, T. R.; Pohl, P.; Allendorf, M. D. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 12621
48. Feng, P. L.; Branson, J. V.; Hattar, K.; Vizkelethy, G.; Allendorf, M. D.; Doty, F. P. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A, in press.
49. Lu, Z.-Z.; Zhang, R.; Li, Y.-Z.; Guo, Z.-J.; Zheng, H.-G. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 4172
50. Beauvais, L. G.; Shores, M. P.; Long, J. R. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 2763
51. Lee, H.; Jung, S. H.; Han, W. S.; Moon, J. H.; Kang, S.; Lee, J. Y.; Jung, J. H.; Shinkai, S. Chem.-Eur. J. 2011, 17, 2823
52. Kreno, L. E.; Hupp, J. T.; Van Duyne, R. P. Anal. Chem. 2010, 82, 8042
53. Sadakiyo, M.; Yamada, T.; Kitagawa, H. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 9906
54. Achmann, S.; Hagen, G.; Kita, J.; Malkowsky, I. M.; Kiener, C.; Moos, R. Sensors 2009, 9, 1574
55. Biemmi, E.; Darga, A.; Stock, N.; Bein, T. Microporous Mesoporous Mater. 2008, 114, 380
56. Ameloot, R.; Stappers, L.; Fransaer, J.; Alaerts, L.; Sels, B. F.; De Vos, D. E. Chem. Mater. 2009, 21, 2580
57. Ohba, M.; Yoneda, K.; Kitagawa, S. CrystEngComm 2010, 12, 159
58. Kepert, C. J. Chem. Commun. 2006, 695
59. Zacher, D.; Shekhah, O.; Woüll, C.; Fischer, R. A. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1418
60. Shekhah, O.; Liu, J.; Fischer, R. A.; Woüll, C. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 1081
61. Shekhah, O.; Wang, H.; Kowarik, S.; Schreiber, F.; Paulus, M.; Tolan, M.; Sternemann, C.; Evers, F.; Zacher, D.; Fischer, R. A.; Woüll, C. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 15118
62. Schoedel, A.; Scherb, C.; Bein, T. Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 7225
63. Biemmi, E.; Scherb, C.; Bein, T. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 8054
64. Zacher, D.; Baunemann, A.; Hermes, S.; Fischer, R. A. J. Mater. Chem. 2007, 17, 2785
65. Scherb, C.; Schoedel, A.; Bein, T. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 5777
66. Demessence, A.; Horcajada, P.; Serre, C.; Boissiere, C.; Grosso, D.; Sanchez, C.; Férey, G. Chem. Commun. 2009, 7149
67. Qiu, L.-G.; Li, Z.-Q.; Wu, Y.; Wang, W.; Xu, T.; Jiang, X. Chem. Commun. 2008, 3642
68. Zou, X.; Zhu, G.; Hewitt, I. J.; Sun, F.; Qiu, S. Dalton Trans. 2009, 3009
69. Qiu, Y.; Deng, H.; Mou, J.; Yang, S.; Zeller, M.; Batten, S. R.; Wu, H.; Li, J. Chem. Commun. 2009, 5415
70. Basabe-Desmonts, L.; Reinhoudt, D. N.; Crego-Calama, M. Chem. Soc. Rev. 2007, 36, 993
71. Xie, Z.; Ma, L.; deKrafft, K. E.; Jin, A.; Lin, W. J. Am. Chem. Soc. 2009, 132, 922
72. An, J. Y.; Shade, C. M.; Chengelis-Czegan, D. A.; Petoud, S.; Rosi, N. L. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 1220
73. Lan, A.; Li, K.; Wu, H.; Olson, D. H.; Emge, T. J.; Ki, W.; Hong, M.; Li, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 2334
74. Pramanik, S.; Zheng, C.; Zhang, X.; Emge, T. J.; Li, J. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 4153
75. Bauer, C. A.; Timofeeva, T. V.; Settersten, T. B.; Patterson, B. D.; Liu, V. H.; Simmons, B. A.; Allendorf, M. D. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 7136
76. Takashima, Y.; Martinez, V. M.; Furukawa, S.; Kondo, M.; Shimomura, S.; Uehara, H.; Nakahama, M.; Sugimoto, K.; Kitagawa, S. Nat. Commun. 2011, 2, 168
77. Doty, F. P.; Bauer, C. A.; Skulan, A. J.; Grant, P. G.; Allendorf, M. D. Adv. Mater. 2009, 21, 95
78. Willets, K. A.; Van Duyne, R. P. Annu. Rev. Phys. Chem. 2007, 58, 267
79. Yazaydin, A. O.; Benin, A. I.; Faheem, S. A.; Jakubczak, P.; Low, J. J.; Willis, R. R.; Snurr, R. Q. Chem. Mater. 2009, 21, 1425
80. Chowdhury, P.; Bikkina, C.; Meister, D.; Dreisbach, F.; Gumma, S. Microporous Mesoporous Mater. 2009, 117, 406
81. Herminjard, S.; Sirigu, L.; Herzig, H. P.; Studemann, E.; Crottini, A.; Pellaux, J.-P.; Gresch, T.; Fischer, M.; Faist, J. Opt. Express 2009, 17, 293
82. Meilikhov, M.; Yusenko, K.; Esken, D.; Turner, S.; Van Tendeloo, G.; Fischer, R. A. Eur. J. Inorg. Chem. 2010, 3701
83. Lu, G.; Farha, O. K.; Kreno, L. E.; Schoenecker, P. M.; Walton, K. S.; Van Duyne, R. P.; Hupp, J. T. Adv. Mater. 2011, 23, 4449
84. Seiyama, T.; Kato, A.; Fujiishi, K.; Nagatani, M. Anal. Chem. 1962, 34, 1502
85. Hu, Y.; Tan, O. K.; Cao, W.; Zhu, W. In Sensors for Chemical and Biological Applications; Ram, M. K.; Bhethanabotla, V. R., Eds.; CRC Press: Boca Raton, FL, 2010; pp 1-42.
86. Grate, J. W. Chem. Rev. 2000, 100, 2627
87. Goeders, K. M.; Colton, J. S.; Bottomley, L. A. Chem. Rev. 2008, 108, 522
88. Merlijn van Spengen, W. Microelectron. Reliab. 2003, 43, 1049
89. Wan, Y. S. S.; Chau, J. L. H.; Gavriilidis, A.; Yeung, K. L. Microporous Mesoporous Mater. 2001, 42, 157
90. Mintova, S.; Bein, T. Microporous Mesoporous Mater. 2001, 50, 159
91. Choi, S. Y.; Lee, Y.-J.; Park, Y. S.; Ha, K.; Yoon, K. B. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 5201
92. Sasaki, I.; Tsuchiya, H.; Nishioka, M.; Sadakata, M.; Okubo, T. Sens. Actuators, B 2002, 86, 26
93. Xu, X.; Wang, J.; Long, Y. Sens. Actuators, B 2006, 6, 1751
94. Chen, Z.; Lu, C. Sens. Lett. 2005, 3, 274
95. Robinson, A. L.; Allendorf, M. D.; Stavila, V.; Thornberg, S. M. Materials Research Society Proceedings; San Francisco, CA, April 2011.
96. Küsgens, P.; Rose, M.; Senkovska, I.; Froede, H.; Henschel, A.; Siegle, S.; Kaskel, S. Microporous Mesoporous Mater. 2009, 120, 325
97. Chakraborty, S.; Hara, K.; Lai, P. T. Rev. Sci. Instrum. 1999, 70, 1565
98. Lee, J. H.; Houk, R. T. J.; Robinson, A.; Greathouse, J. A.; Thornberg, S. M.; Allendorf, M. D.; Hesketh, P. J. Proc. SPIE 2010, 767927
99. Kitagawa, S.; Matsuda, R. Coord. Chem. Rev. 2007, 251, 2490
100. Fletcher, A. J.; Thomas, K. M.; Rosseinsky, M. J. J. Solid State Chem. 2005, 178, 2491
101. Prestipino, C.; Regli, L.; Vitillo, J. G.; Bonino, F.; Damin, A.; Lamberti, C.; Zecchina, A.; Solari, P. L.; Kongshaug, K. O.; Bordiga, S. Chem. Mater. 2006, 18, 1337
102. Tan, J. C.; Cheetham, A. K. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 1059
103. Munuera, C.; Shekhah, O.; Wang, H.; Woüll, C.; Ocal, C. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 7257
104. Metal-Organic Frameworks: Applications from Catalysis to Gas Storage, 1 st ed.; Farrusseng, D., Ed.; Wiley-VCH: New York, 2011.
105. Vaidhyanathan, R.; Bradshaw, D.; Rebilly, J. N.; Barrio, J. P.; Gould, J. A.; Berry, N. G.; Rosseinsky, M. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2006, 45, 6495
106. Murray, L. J.; Dinca, M.; Yano, J.; Chavan, S.; Bordiga, S.; Brown, C. M.; Long, J. R. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 7856
107. McKinlay, A. C.; Xiao, B.; Wragg, D. S.; Wheatley, P. S.; Megson, I. L.; Morris, R. E. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 10440
108. Doleman, B. J.; Lonergan, M. C.; Severin, E. J.; Vaid, T. P.; Lewis, N. S. Anal. Chem. 1998, 70, 4177
109. Dickinson, T. A.; White, J.; Kauer, J. S.; Walt, D. R. Nature 1996, 382, 697
110. Rakow, N. A.; Suslick, K. S. Nature 2000, 406, 710
111. Wilmer, C. E.; Leaf, M.; Lee, C. Y.; Farha, O. K.; Hauser, B. G.; Hupp, J. T.; Snurr, R. Q. Nat. Chem., in press, DOI: 10.1038/NCHEM.1192.
112. FitzGerald, S. A.; Allen, K.; Landerman, P.; Hopkins, J.; Matters, J.; Myers, R.; Rowsell, J. L. C. Phys. Rev. B 2008, 77, 224301
113. Sugikawa, K.; Furukawa, Y.; Sada, K. Chem. Mater. 2011, 23, 3132
114. Vitillo, J. G.; Regli, L.; Chavan, S.; Ricchiardi, G.; Spoto, G.; Dietzel, P. D. C.; Bordiga, S.; Zecchina, A. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 8386