Topotactic transformations of metal-organic frameworks to highly porous and stable inorganic sorbents for efficient radionuclide sequestration

Chemistry of Materials

Volumn 26, Issue 18, 2014, Pages 5231-5243

  Abney, Carter W ^a   Taylor Pashow, Kathryn M L ^b   Russell, Shane R ^c   Chen, Yuan ^d   Samantaray, Raghabendra ^d   Lockard, Jenny V ^d   Lin, Wenbin ^a  

^a UNIVERSITY OF CHICAGO   (United States)

^b SAVANNAH RIVER NATIONAL LABORATORY   (United States)

^c University of North Carolina at Chapel Hill   (United States)

^d RUTGERS UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY; LIGANDS; METAL-ORGANIC FRAMEWORKS; METALS; NUCLEAR FUEL REPROCESSING; ORGANOMETALLICS; PHOSPHATES; RADIOISOTOPES; SODIUM HYDROXIDE; TITANIUM OXIDES; X RAY ABSORPTION SPECTROSCOPY; ZIRCONIUM COMPOUNDS;

COORDINATION ENVIRONMENT; ENVIRONMENTAL REMEDIATION; HIGH LEVEL NUCLEAR WASTES; METALORGANIC FRAMEWORKS (MOFS); POROUS INORGANIC MATERIALS; RADIONUCLIDE SEPARATIONS; STRUCTURAL POSSIBILITIES; TOPOTACTIC TRANSFORMATION;

EXTRACTION;

EID: 84922693424     PISSN: 08974756     EISSN: 15205002     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cm501894h     Document Type: Article

References (90)

1. Hoskins, B. F.; Robson, R. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 5962-5964.
2. Subramanian, S.; Zaworotko, M. J. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1993, 952-954.
3. Kitagawa, S.; Matsuyama, S.; Munakata, M.; Emori, T. J. Chem. Soc., Dalton Trans. 1991, 2869-2874.
4. Kitagawa, S.; Matsuyama, S.; Munakata, M.; Osawa, N.; Masuda, H. J. Chem. Soc., Dalton Trans. 1991, 1717-1720.
5. Yaghi, O. M.; Li, G.; Li, H. Nature 1995, 378, 703-706.
6. Li, H.; Eddaoudi, M.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Nature 1999, 402, 276-279.
7. Lin, W.; Evans, O. R.; Xiong, R.-G.; Wang, Z. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 13272-13273.
8. Evans, O. R.; Xiong, R.-G.; Wang, Z.; Wong, G. K.; Lin, W. Angew. Chem., Int. Ed. 1999, 38, 536-538.
9. Eddaoudi, M.; Moler, D. B.; Li, H.; Chen, B.; Reineke, T. M.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Acc. Chem. Res. 2001, 34, 319-330.
10. Kim, J.; Chen, B.; Reineke, T. M.; Li, H.; Eddaoudi, M.; Moler, D. B.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 8239-8247.
11. Eddaoudi, M.; Kim, J.; Rosi, N.; Vodak, D.; Wachter, J.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. Science 2002, 295, 469-472.
12. Herm, Z. R.; Wiers, B. M.; Mason, J. A.; van Baten, J. M.; Hudson, M. R.; Zajdel, P.; Brown, C. M.; Masciocchi, N.; Krishna, R.; Long, J. R. Science 2013, 340, 960-964.
13. Bloch, E. D.; Queen, W. L.; Krishna, R.; Zadrozny, J. M.; Brown, C. M.; Long, J. R. Science 2012, 335, 1606-1610.
14. Nugent, P.; Belmabkhout, Y.; Burd, S. D.; Cairns, A. J.; Luebke, R.; Forrest, K.; Pham, T.; Ma, S.; Space, B.; Wojtas, L.; Eddaoudi, M.; Zaworotko, M. J. Nature 2013, 495, 80-84.
15. Xiang, S.-C.; Zhang, Z.; Zhao, C.-G.; Hong, K.; Zhao, X.; Ding, D.-R.; Xie, M.-H.; Wu, C.-D.; Das, M. C.; Gill, R.; Thomas, K. M.; Chen, B. Nat. Commun. 2011, 2, 204.
16. Farha, O. K.; Özgür Yazaydin, A.; Eryazici, I.; Malliakas, C. D.; Hauser, B. G.; Kanatzidis, M. G.; Nguyen, S. T.; Snurr, R. Q.; Hupp, J. T. Nat. Commun. 2010, 2, 944-948.
17. Lee, J. Y.; Olson, D. H.; Pan, L.; Emge, T. J.; Li, J. Adv. Funct. Mater. 2007, 17, 1255-1262.
18. Li, K.; Lee, J.; Olson, D. H.; Emge, T. J.; Bi, W.; Eibling, M. J.; Li, J. Chem. Commun. 2008, 6123-6125.
19. Wade, C. R.; Corrales-Sanchez, T.; Narayan, T. C.; Dinča, M. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 2172-2177.
20. Ma, L.; Falkowski, J. M.; Abney, C.; Lin, W. Nat. Chem. 2010, 2, 838-846.
21. Seo, J. S.; Whang, D.; Lee, H.; Jun, S. I.; Oh, J.; Jeon, Y. J.; Kim, K. Nature 2000, 404, 982-986.
22. Brozek, C. K.; DincǍ, M. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 12886-12891.
23. Yanai, N.; Kitayama, K.; Hijikata, Y.; Sato, H.; Matsuda, R.; Kubota, Y.; Takata, M.; Mizuno, M.; Uemura, T.; Kitagawa, S. Nat. Mater. 2011, 10, 787-793.
24. Takashima, Y.; Martínez, V. M.; Furukawa, S.; Kondo, M.; Shimomura, S.; Uehara, H.; Nakahama, M.; Sugimoto, K.; Kitagawa, S. Nat. Commun. 2011, 2, 168.
25. Chen, B.; Wang, L.; Zapata, F.; Qian, G.; Lobkovsky, E. B. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 6718-6719.
26. Horcajada, P.; Chalati, T.; Serre, C.; Gillet, B.; Sebrie, C.; Baati, T.; Eubank, J. F.; Heurtaux, D.; Clayette, P.; Kreuz, C.; Chang, J.-S.; Hwang, Y. K.; Marsaud, V.; Bories, P.-N.; Cynober, L.; Gil, S.; Ferey, G.; Couvreur, P.; Gref, R. Nat. Mater. 2010, 9, 172-178.
27. Narayan, T. C.; Miyakai, T.; Seki, S.; DincǍ, M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 12932-12935.
28. Pramanik, S.; Zheng, C.; Zhang, X.; Emge, T. J.; Li, J. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 4153-4155.
29. Lu, G.; Li, S.; Guo, Z.; Farha, O. K.; Hauser, B. G.; Qi, X.; Wang, Y.; Wang, X.; Han, S.; Liu, X.; DuChene, J. S.; Zhang, H.; Zhang, Q.; Chen, X.; Ma, J.; Loo, S. C. J.; Wei, W. D.; Yang, Y.; Hupp, J. T.; Huo, F. Nat. Chem. 2012, 4, 310-316.
30. Rieter, W. J.; Pott, K. M.; Taylor, K. M. L.; Lin, W. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 11584-11585.
31. Taylor-Pashow, K. M. L.; Rocca, J. D.; Xie, Z.; Tran, S.; Lin, W. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 14261-14263.
32. Liu, B.; Shioyama, H.; Akita, T.; Xu, Q. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5390-5391.
33. Liu, B.; Shioyama, H.; Jiang, H.; Zhang, X.; Xu, Q. Carbon 2010, 48, 456-463.
34. Jiang, H.-L.; Liu, B.; Lan, Y.-Q.; Kuratani, K.; Akita, T.; Shioyama, H.; Zong, F.; Xu, Q. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 11854-11857.
35. Lim, S.; Suh, K.; Kim, Y.; Yoon, M.; Park, H.; Dybtsev, D. N.; Kim, K. Chem. Commun. 2012, 48, 7447-7449.
36. Hu, J.; Wang, H.; Gao, Q.; Guo, H. Carbon 2010, 48, 3599-3606.
37. Yang, S. J.; Kim, T.; Im, J. H.; Kim, Y. S.; Lee, K.; Jung, H.; Park, C. R. Chem. Mater. 2012, 24, 464-470.
38. Furukawa, Y.; Ishiwata, T.; Sugikawa, K.; Kokado, K.; Sada, K. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51, 10566-10569.
39. Ishiwata, T.; Furukawa, Y.; Sugikawa, K.; Kokado, K.; Sada, K. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 5427-5432.
40. Xu, X.; Cao, R.; Jeong, S.; Cho, J. Nano Lett. 2012, 12, 4988-4991.
41. Cho, W.; Park, S.; Oh, M. Chem. Commun. 2011, 47, 4138-4140.
42. Hu, M.; Jiang, J.-S.; Zeng, Y. Chem. Commun. 2010, 46, 1133-1135.
43. Zhang, L.; Wu, H. B.; Lou, X. W. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 10664-10672.
44. Wu, R.; Qian, X.; Yu, F.; Liu, H.; Zhou, K.; Wei, J.; Huang, Y. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 11126-11129.
45. Kim, T. K.; Lee, K. J.; Cheon, J. Y.; Lee, J. H.; Joo, S. H.; Moon, H. R. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 8940-8946.
46. Peng, L.; Zhang, J.; Xue, Z.; Han, P. B.; Li, J.; Yang, G. Chem. Commun. 2013, 49, 11695-11697.
47. deKrafft, K. E.; Wang, C.; Lin, W. Adv. Mater. 2012, 24, 2014-2018.
48. Hall, A. S.; Kondo, A.; Maeda, K.; Mallouk, T. E. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 16276-16279.
49. Taylor-Pashow, K. M. L.; Lin, W.; Abney, C. W. Metal-Organic Framework Templated Synthesis of Porous Inorganic Materials as Novel Sorbents. U.S. Patent 61/807, 010. 2013.
50. Cohen, S. M.; Wang, Z. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 12368-12369.
51. Shultz, A. M.; Sarjeant, A. A.; Farha, O. K.; Hupp, J. T.; Nguyen, S. T. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 13252-13255.
52. Kim, M.; Cahill, J. F.; Su, Y.; Prather, K. A.; Cohen, S. M. Chem. Sci. 2012, 3, 126-130.
53. Kim, M.; Cahill, J. F.; Fei, H.; Prather, K. A.; Cohen, S. M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 18082-18088.
54. Kleber, W. Krist. Tech. 1967, 2, 5-12.
55. Günter, J. R.; Oswald, H.-R. Bull. Inst. Chem. Res., Kyoto Univ. 1975, 53, 249-255.
56. Clark, J. B.; Hastie, J. W.; Kihlborg, L. H. E.; Metselaar, R.; Thackeray, M. M. Pure Appl. Chem. 1994, 66, 577-594.
57. Hoffert, M. I.; Caldeira, K.; Jain, A. K.; Haites, E. F.; Harvey, L. D. D.; Potter, S. D.; Schlesinger, M. E.; Schneider, S. H.; Watts, R. G.; Wigley, T. M. L.; Wuebbles, D. J. Nature 1998, 395, 881-884.
58. Wilmarth, W. R.; Machara, N. P.; Schneider, S. P.; Peterson, R. A. Proceedings of the 14th International Conference on Environmental Remediation and Radioactive Waste Management, 2011, SRNL-STI-2011-00570.
59. Peterson, R. A. Preparation of Simulated Waste Solutions for Solvent Extraction Testing: WSRC-RP-2000-00361; Westinghouse Savannah River Company: Aiken, SC, 2000.
60. Nash, K. L.; Choppin, G. R. Sep. Sci. Technol. 1997, 32, 255-274.
61. Kolarik, Z. Chem. Rev. 2008, 108, 4208-4252.
62. Panak, P. J.; Geist, A. Chem. Rev. 2013, 113, 1199-1236.
63. Shehee, T. C.; Elvington, M. C.; Rudisill, T. S.; Hobbs, D. T. Solvent Extr. Ion Exch. 2012, 30, 669-682.
64. Dan-Hardi, M.; Serre, C.; Frot, T. O.; Rozes, L.; Maurin, G.; Sanchez, C. M.; Férey, G. R. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 10857-10859.
65. Cavka, J. H.; Jakobsen, S.; Olsbye, U.; Guillou, N.; Lamberti, C.; Bordiga, S.; Lillerud, K. P. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 13850-13851.
66. Schaate, A.; Roy, P.; Godt, A.; Lippke, J.; Waltz, F.; Wiebcke, M.; Behrens, P. Chem.-Eur. J. 2011, 17, 6643-6651.
67. Ravel, B.; Newville, M. J. Synchrotron Radiat. 2005, 12, 537-541.
68. Rehr, J. J.; Albers, R. C. Rev. Mod. Phys. 2000, 72, 621-654.
69. Ma, L.; Jin, A.; Xie, Z.; Lin, W. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 9905-9908.
70. Gao, Y.; Masuda, Y.; Koumoto, K. Chem. Mater. 2004, 16, 1062-1067.
71. Wang, N.; Li, J.; Zhu, L.; Dong, Y.; Tang, H. J. Photochem. Photobiol., A 2008, 198, 282-287.
72. Stanghellini, P. L.; Boccaleri, E.; Diana, E.; Alberti, G.; Vivani, R. Inorg. Chem. 2004, 43, 5698-5703.
73. Ortíz-Oliveros, H. B.; Flores-Espinosa, R. M.; Ordoñez-Regil, E.; Fernández-Valverde, S. M. Chem. Eng. J. 2014, 236, 398-405.
74. Burns, J. D.; Clearfield, A.; Borkowski, M.; Reed, D. T. Radiochim. Acta 2012, 100, 381-387.
75. Um, W.; Mattigod, S.; Jeffrey Serne, R.; Fryxell, G. E.; Kim, D. H.; Troyer, L. D. Water Res. 2007, 41, 3217-3226.
76. Lin, R.; Ding, Y. Materials 2013, 6, 217-243.
77. Barrett, E. P.; Joyner, L. G.; Halenda, P. P. J. Am. Chem. Soc. 1951, 73, 373-380.
78. Horvath, G.; Kawazoe, K. J. Chem. Eng. Jpn. 1983, 16, 470-475.
79. Uozumi, T.; Okada, K.; Kotani, A.; Durmeyer, O.; Kappler, J. P.; Beaurepaire, E.; Parlebas, J. C. Europhys. Lett. 1992, 18, 85-90.
80. Schmutz, C.; Barboux, P.; Ribot, F.; Taulelle, F.; Verdaguer, M.; Fernandez-Lorenzo, C. J. Non-Cryst. Solids 1994, 170, 250-262.
81. Valenzano, L.; Civalleri, B.; Chavan, S.; Bordiga, S.; Nilsen, M. H.; Jakobsen, S.; Lillerud, K. P.; Lamberti, C. Chem. Mater. 2011, 23, 1700-1718.
82. Hobbs, D. T.; Peters, T. B.; Taylor-Pashow, K. M. L.; Fink, S. D. Sep. Sci. Technol. 2010, 46, 119-129.
83. Taylor-Pashow, K. M. L.; Missimer, D. M.; Jurgensen, A.; Hobbs, D. T. Sep. Sci. Technol. 2011, 46, 1087-1097.
84. Taylor-Pashow, K. M. L.; Shehee, T. C.; Hobbs, D. T. Solvent Extr. Ion Exch. 2013, 31, 122-170.
85. Hobbs, D. T.; Barnes, M. J.; Pulmano, R. L.; Marshall, K. M.; Edwards, T. B.; Bronikowski, M. G.; Fink, S. D. Sep. Sci. Technol. 2005, 40, 3093-3111.
86. Duff, M. C.; Hunter, D. B.; Hobbs, D. T.; Fink, S. D.; Dai, Z.; Bradley, J. P. Environ. Sci. Technol. 2004, 38, 5201-5207.
87. Duff, M. C.; Hunter, D. B.; Hobbs, D. T.; Barnes, M. J.; Fink, S. D. Characterization of Sorbed Actinides on Monosodium Titanate, WSRC-TR-2001-00467, 2001.
88. Fryxell, G. E.; Lin, Y.; Fiskum, S.; Birnbaum, J. C.; Wu, H.; Kemner, K.; Kelly, S. Environ. Sci. Technol. 2005, 39, 1324-1331.
89. Burns, J. D.; Shehee, T. C.; Clearfield, A.; Hobbs, D. T. Anal. Chem. 2012, 84, 6930-6932.
90. Saito, K.; Miyauchi, T. J. Nucl. Sci. Technol. 1982, 19, 145-150.