Kerangka logam-organik (MOFs) adalah bahan polimer berpori yang terdiri dari ion logam yang dihubungkan melalui penghubung organik. Organisasi dan komposisi MOF dapat diubah karena ukuran, bentuk, dan struktur pori dapat disesuaikan. MOF memberikan selektivitas luas permukaan, bentuk, dan ukuran yang tinggi, yang sangat penting untuk aplikasi seperti penyimpanan gas, pemurnian gas, katalisis, dan teknik pemisahan. MOF juga telah mencapai daya tarik yang besar dalam fotokatalisis. Di antara MOF, ZIF-8 telah menarik perhatian khusus karena sifatnya yang fenomenal seperti kristalinitas, stabilitas termal dan kimia yang sangat baik, bahan baku yang murah, protokol sintetik yang mudah, mikroporositas, aktivitas fotokatalitik, luas permukaan yang besar serta rongga pori yang cocok untuk akomodasi. unit pendaran dan keragaman struktural yang luas.
Zeolite imidazole framework-8 adalah perwakilan subkelas MOF yang memiliki kristal berpori tiga dimensi. Kerangka ini dibangun dengan bantuan logam transisi menjembatani atom nitrogen melalui unit imidazolate untuk membentuk 4, 6, 8 anggota struktur diperpanjang memiliki nanopores disesuaikan. ZIF-8 menggabungkan sifat-sifat zeolit serta kerangka logam-organik, memiliki stabilitas kimia dan mekanik yang sangat baik. Strukturnya mencakup berbagai aplikasi mulai dari, menjadi penyerap hingga pemisah gas dan penghantaran obat. Meskipun ZIF-8 dapat digunakan untuk banyak aplikasi sederhana secara fisik dan kimiawi, ZIF-8 tidak dapat digunakan untuk penggunaan yang kompleks.
Quantum dots adalah nanokristal photoluminescence yang terdiri dari bahan semikonduktor, dengan diameter berkisar antara 2-10 nm dengan sifat kimia dan optik yang luar biasa. Struktur QD pada dasarnya adalah model core-shell, shell bersifat anorganik dan inti terbuat dari bahan semikonduktor. Mereka memiliki berbagai aplikasi dalam biomedis perangkat optoelektronik dan penginderaan kimia. Titik kuantum diklasifikasikan menjadi tiga jenis utama berdasarkan struktur, ukuran, dan bahan yang digunakan untuk persiapannya. Klasifikasi lebih lanjut telah dibuat menjadi tipe inti, inti-cangkang dan paduan berdasarkan komposisi. Titik-titik kuantum berukuran besar dan kecil dikelompokkan menurut ukuran masing-masing 5-6 nm dan 2-3 nm. Menurut bahan yang digunakan, kategori semikonduktor dan bahan berbasis karbon terbentuk.
QD memiliki potensi besar karena sifat merdunya yang luar biasa seperti toksisitas rendah, fotoluminesensi kuat, fluoresensi optik unik, biokompatibilitas, dan kelarutan air. Namun, stabilitas yang lebih rendah, interferensi dan kemampuannya untuk mengagregasi menurunkan efisiensinya yang dapat diatasi dengan modifikasinya. Enkapsulasi telah dicoba sebagai strategi alternatif untuk menghilangkan proses agregasi dan meningkatkan fluoresensi. Misalnya, titik karbon yang didoping nitrogen menunjukkan fluoresensi dalam larutan koloid tetapi tidak dalam keadaan padat.
Mengenkapsulasi titik-titik karbon yang didoping nitrogen ini NCD dalam kerangka zeolit imidazol mempertahankan fluoresensinya baik dalam keadaan padat maupun larutan koloid. ZIF-8 juga telah dieksploitasi untuk fotokatalisis, tetapi sepengetahuan kami, celah pita ZIF-8 yang lebih besar hanya merespons sinar ultraviolet tetapi hampir tidak terhadap cahaya tampak. Agak sulit untuk membuat fotokatalis berbasis ZIF-8 independen tetapi dalam beberapa tahun terakhir, area penelitian QD telah berkembang pesat dengan sifat optik yang relatif baik. QD, di sisi lain, memiliki ukuran kecil dan energi permukaan yang tinggi, yang menghasilkan penurunan kinerja tetapi kombinasi QD dan ZIF-8 memiliki efek sinergis, yang menghasilkan fungsionalitas unik. Struktur core-shell dari QDs@MOF memunculkan aktivitas fotokatalitik yang ditingkatkan dan dispersi QD yang seragam. Enkapsulasi QDs dalam ZIF-8 juga meningkatkan respons ZIF-8 terhadap sinar UV dan cahaya tampak yang menghasilkan fotokatalisis yang dapat dikontrol seperti dalam kasus CQDs@ZIF-8, yang memiliki emisi fluoresen yang dapat diatur dari inframerah dekat ke pembuatan panjang gelombang biru itu kandidat potensial untuk fotokatalisis.
Enkapsulasi QD ke dalam ZIF-8 juga memberikan keuntungan sebagai bahan pendukung. Misalnya, dalam kasus enzim, seperti enzim lipase, yang memiliki aplikasi luas di tingkat industri dalam hidrolisis, esterifikasi, transesterifikasi, asidolisis, alkoholisis, dan aminolisis membutuhkan bahan pendukung yang tidak mengubah sifat enzim ini. ZIF-8 tampaknya menjadi kandidat kuat sebagai bahan pendukung karena dalam QDs@ZIF-8, tidak hanya memberikan dukungan tetapi juga termal dan fotostabilitas. Aktivitas katalitik enzim juga meningkat seiring dengan retensi struktur konformasi enzim oleh luas permukaan ZIF-8 yang besar. Komposit QDs@ZIF-8 memiliki kemampuan daur ulang yang menjanjikan membuka jalan menuju aplikasi praktis.
Enkapsulasi QD di ZIF-8 adalah topik penelitian yang hangat. Namun, tidak ada satu pun artikel ulasan mendetail yang mencakup, aspek protokol jebakannya, dampaknya pada properti dan aplikasinya. Artikel ini mengulas tiga strategi enkapsulasi QD menjadi ZIF-8 dan peningkatan properti karena enkapsulasi. Diamati bahwa enkapsulasi QD dalam ZIF-8 menghasilkan dispersi seragam QD yang tidak hanya mengatasi masalah aglomerasi QD tetapi juga meningkatkan fotoluminesensi, PLQY, stabilitas termal, stabilitas foto, dan stabilitas kimia. Jebakan juga menyebabkan perubahan celah pita ZIF-8 serta QD dan setelah penyesuaian celah pita yang tepat, mereka menunjukkan aktivitas fotokatalitik yang tinggi. Karena sifat-sifat ini, QDs @ ZIF-8 sedang dieksplorasi dalam berbagai aplikasi termasuk pengiriman obat, LED, fotokatalisis, dan sensor yang menunjukkan selektivitas tinggi, sensitivitas, dan pemisahan dan transfer pasangan lubang elektron yang efisien. Artikel ulasan ini akan sangat membantu dalam memahami mekanisme kerja QDs@ZIF-8. Prospek masa depan yang dibahas dalam makalah ini akan membuka jalan baru untuk penelitian lebih lanjut di bidang ini.
HASIL
Enkapsulasi QD di ZIF-8 tidak hanya menyelesaikan masalah yang terkait dengannya secara terpisah tetapi juga memberikan sifat luar biasa. Komposit ini seperti dapat digunakan kembali, dapat direproduksi, fotostabilitas, peningkatan PL, stabilitas pH, biokompatibilitas, dan banyak lainnya. Komposit ini memiliki potensi untuk digunakan dalam berbagai aplikasi dan untuk dieksplorasi tidak hanya di area yang disebutkan di atas tetapi lebih banyak lagi. Karena sintesis prekursor yang layak dan protokol enkapsulasi sederhana, QDs@ZIF-8 dapat digunakan pada skala industri. Artikel ulasan ini merangkum fitur-fitur karakteristik nanokomposit QDs@ZIF-8, yang memungkinkan pembaca untuk menyadari pentingnya topik dan secara kritis memvalidasi penyelidikan dan pengembangan di masa depan di bidang penelitian masing-masing.
Penulis: Yanuardi Raharjo, Ph.D.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
Imtiaz Ahmad, Tahir Muhmood, Amna Rehman, Maryam Zahid, Mohammed Abohashrh, Sonya Nishat, Yanuardi Raharjo, Zhan Zhou, Xiaofei Yang
Zeolite imidazole framework menjebak titik-titik kuantum (QDs@ZIF-8): enkapsulasi, properti, dan aplikasi, Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 149 (2023) 104993
DOI: 10.1016/j.jtice.2023.104993
