The development in the field MOF materials is moving from the discovery of new structures toward applications of the most promising materials. In most cases, specialized applications require incorporation of functional chemical groups. This work is a systematic investigation of the effect that simple substituents attached to the aromatic linker have on the stability and property to the parent MOF. A family of isoreticular MOFs, based on the UiO-66 structure was obtained from the three different linker ligands H2N−H2BDC, O2N−H2BDC, and Br−H2BDC. The physicochemical and chemical investigation of these materials demonstrate that this class of MOFs retains high thermal and chemical stabilities, even with functional groups present at the linker units. The results demonstrate the possibility of incorporating active functional groups into the UiO-66 structure almost without losing its exceptionally high thermal and chemical stability. It has been established that the functional groups, at least in the amino functionalized UiO-66 sample, are chemically available as evidenced by the H/D exchange experiment, making the tagged UiO series MOFs very interesting for further studies within the field of catalysis.

This study examined the reaction mechanism with respect to both catalyst deactivation and product formation in the conversion of methanol to hydrocarbons over zeolite H-ZSM-5. The reactivity of the organics residing in the zeolite voids during the reaction was assessed by transient 12C/13C methanol-switching experiments. In contrast to previously investigated catalysts (H-SAPO-34 and H-beta), hexamethylbenzene is virtually unreactive in H-ZSM-5 and is thus not a relevant reaction intermediate for alkene formation. However, the lower methylbenzenes are reaction intermediates in a hydrocarbon pool-type mechanistic cycle and are responsible for the formation of ethene and propene. An additional reaction cycle not applicable for ethene also must be taken into account. The C3+ alkenes are to formed through rapid alkene methylation and cracking steps to a considerable extent; thus, methanol is converted to hydrocarbons according to two catalytic cycles over H-ZSM-5. Moreover, in contrast to what occurs for large-pore zeolites/zeotypes, molecules larger than hexamethylbenzenes are not built up inside the H-ZSM-5 channels during deactivation. Thus, deactivation is explained by coke formation on the external surface of the zeolite crystallites only. This is a plausible rationale for the superior lifetime properties of H-ZSM-5 in the methanol-to-hydrocarbon reaction.

XRD, UV−Vis, EXAFS, XANES, and Raman techniques have been used to study the removal of water molecules coordinated to the Cu(II) framework atoms of the novel HKUST-1 metal-organic framework. The dehydration process preserves the crystalline nature of the material, just causing a reduction of the cell volume due to the shrinking of the [Cu2C4O8] cage. The removal of adsorbed H2O molecule makes the framework Cu(II) sites available for interaction with other probe molecules. In situ IR spectroscopy has evidenced the formation at liquid nitrogen temperature of labile Cu(II)···CO adducts characterized by a ν̃(C−O) = 2178 cm-1 and at 15 K of Cu(II)···H2 adducts characterized by a ν̃(H−H) = 4100 cm-1. To the best of our knowledge, we have observed for the first time a clear signal of Cu(II) carbonyl and dihydrogen complexes formed inside a crystalline microporous hosting matrix. The sinking of the oxygens of the carboxyl units, undergone by the Cu(II) framework ions in the dehydration process, is responsible for the rather low coordinative unsaturation of Cu(II). The important shielding effect of the four oxygen framework atoms is testified by the low polarization factor of the Cu(II) site probed by both CO and H2 molecules.

UV-Vis DRS and photoluminescence (PL) spectroscopy, combined with excitation selective Raman spectroscopy, allow us to understand the main optical and vibrational properties of a metal-organic MOF-5 framework. A O(2-)Zn(2+)[rightward arrow] O(-)Zn(+) ligand to metal charge transfer transition (LMCT) at 350 nm, testifies that the Zn(4)O(13) cluster behaves as a ZnO quantum dot (QD). The organic part acts as a photon antenna able to efficiently transfer the energy to the inorganic ZnO-like QD part, where an intense emission at 525 nm occurs.

Enzymatic haem and non-haem high-valent iron–oxo species are known to activate strong C–H bonds, yet duplicating this reactivity in a synthetic system remains a formidable challenge. Although instability of the terminal iron–oxo moiety is perhaps the foremost obstacle, steric and electronic factors also limit the activity of previously reported mononuclear iron(IV)–oxo compounds. In particular, although nature's non-haem iron(IV)–oxo compounds possess high-spin S = 2 ground states, this electronic configuration has proved difficult to achieve in a molecular species. These challenges may be mitigated within metal–organic frameworks that feature site-isolated iron centres in a constrained, weak-field ligand environment. Here, we show that the metal–organic framework Fe2(dobdc) (dobdc4− = 2,5-dioxido-1,4-benzenedicarboxylate) and its magnesium-diluted analogue, Fe0.1Mg1.9(dobdc), are able to activate the C–H bonds of ethane and convert it into ethanol and acetaldehyde using nitrous oxide as the terminal oxidant. Electronic structure calculations indicate that the active oxidant is likely to be a high-spin S = 2 iron(IV)–oxo species. Selective functionalization of light hydrocarbons is a challenging but desirable transformation. Now a family of Fe(II)-based metal–organic frameworks has been shown to convert ethane into ethanol and acetaldehyde using N2O. Electronic structure calculations indicate that the active Fe oxidant in the MOF is a high-spin S = 2 iron(II)–oxo species.

The identification and quantification of defects are undoubtedly thorough challenges in the characterization of "defect-engineered" metal–organic frameworks (MOFs). UiO-66, known for its exceptional stability and defect tolerance, has been a popular target for defect-engineering studies. Herein, we show that synthesizing UiO-66 in the presence of an excess of benzoic acid is a reliable method for obtaining UiO-66 samples with a very high concentration of missing-cluster defects, allowing one to modulate specific properties (i.e., surface area and hydrophobicity). This was elucidated by a multitechnique marriage of experimental and computational methods: a combination of PXRD, dissolution/1H NMR spectroscopy, and N2 sorption measurements was used to quantify the defect loading, while vibrational spectroscopies (FTIR and Raman) allowed us to unequivocally identify the defect structure by comparison with DFT-simulated spectra and visual analysis of the computed vibrational modes.

Ti‐MWW zeolite is a promising catalyst for partial oxidation reactions. In the present work, a Ti‐MWW sample with high TiO2 loading was synthesized. It was revealed that the Ti insertion in the purely siliceous MWW framework mainly occurs during the post treatment washing with HNO3, when the double structure directing agent synthetic method is used. By exploiting carbon monoxide, acetonitrile, pyridine and ammonia as probe molecules in infrared spectroscopy and diffuse reflectance ultraviolet spectroscopy, the acidic behavior of the Ti sites and the interaction of the Ti sites with hydrogen peroxide (H2O2) were revealed. The Ti Lewis acid sites showed stronger acidity than the one observed in Titanium Silicalite‐1 (TS‐1), with MFI framework. This is coherent with previously reported results, suggesting that a significative fraction of the Ti sites in Ti‐MWW are TiOH(SiO)3 instead of Ti(OSi)4. The Ti‐peroxo and ‐hydroperoxo complexes formed upon H2O2 were shown to be more labile than in TS‐1 and they were shown to be completely reversible upon calcination.

DAPI (4′,6-diamidino-2-phenylindole, di-hydrochloride) is a photoactive dye used as a fluorescent marker for nucleic acids, due to its high affinity for the major groove in the DNA double helix. By following a Mayan-inspired recipe (namely grinding, heating and washing in H2O), the DAPI molecule was fastened to the microporous framework of palygorskite – a clay mineral used to produce the famed Maya Blue pigment, whose fibrous crystals are carved by surface grooves similar in size to those of DNA – in order to obtain a newly designed fluorescent material. This hybrid composite was investigated with a multi-analytical approach, which includes FE-SEM-EDS, BET-specific surface area (SSA)/micropore volume measurements, thermogravimetry, UV-vis, fluorescence and FT-IR spectroscopies. Supramolecular interactions form between the clay and the dye already after grinding, apparently involving a two-step binding process. Evidence is found of an incipient, electrostatic interaction between cationic DAPI and the negatively charged surface of the palygorskite fibrils, which then evolves in H-bonding interaction between the dye amine groups and the zeolitic and structural water in the clay surface grooves. Heating and washing in H2O seemingly deteriorate the composite morphology and stability, jeopardizing – rather than strengthening – the previously formed host/guest interactions. This hybrid composite, with remarkable stability and appreciable quantum yield, is potentially fit to be used as a low-cost, fluorescent material for applications such as spectrum manipulation technologies, sensors, optical devices, imaging and design-targeted drug-delivery systems.