Summary
इस के साथ साथ इस तरह अपनी स्थिरता और hydrophobicity बढ़ाने के लिए धातु कार्बनिक चौखटे के रूप में microporous सामग्री पर perfluoroalkanes के प्लाज्मा बढ़ाया रासायनिक वाष्प जमाव के लिए प्रक्रियाओं का वर्णन किया जाता है. इसके अलावा, नमूने के मिलीग्राम मात्रा की सफलता के परीक्षण के विस्तार से वर्णन किया गया है.
Abstract
Perfluoroalkanes के प्लाज्मा बढ़ाया रासायनिक वाष्प जमाव (PECVD) लंबे सतहों गीला गुण ट्यूनिंग के लिए अध्ययन किया गया है. ऐसी धातु कार्बनिक चौखटे (MOFs) के रूप में उच्च सतह क्षेत्र microporous सामग्री, के लिए, अद्वितीय चुनौतियों PECVD उपचार के लिए खुद को प्रस्तुत करते हैं. इस के साथ साथ शर्तों नम करने के लिए पहले से अस्थिर था कि एक वित्त मंत्रालय के विकास के लिए प्रोटोकॉल प्रस्तुत किया है. प्रोटोकॉल (भी छीना -1 के रूप में जाना जाता है) घन बीटीसी, perfluoroalkanes की PECVD, आर्द्र परिस्थितियों में सामग्री का प्रबंध, और microporous सामग्री की मिलीग्राम मात्रा पर बाद में अमोनिया microbreakthrough प्रयोगों के साथ घन बीटीसी के उपचार के संश्लेषण का वर्णन करता है. पहले से PECVD विधियों द्वारा इलाज किया गया है कि सबसे अधिक सामग्री या सतहों की तुलना में जब घन बीटीसी एक अत्यंत उच्च सतह क्षेत्र (~ 1800 मीटर 2 / छ) है. ऐसे चैम्बर दबाव और इलाज समय के रूप में पैरामीटर perfluoroalkane प्लाज्मा के लिए प्रवेश सुनिश्चित करने और प्रतिक्रिया करने के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण हैंआंतरिक वित्त मंत्रालय सतहों के साथ है. इसके अलावा, आगे यहाँ सेट अमोनिया microbreakthrough प्रयोगों के लिए प्रोटोकॉल परीक्षण गैसों और microporous सामग्री की एक किस्म के लिए उपयोग किया जा सकता है.
Introduction
धातु कार्बनिक चौखटे (MOFs) विषाक्त गैस हटाने 1-3 के लिए झरझरा सामग्री की एक अग्रणी वर्ग बन गए हैं. MOFs लक्षित रासायनिक बातचीत के लिए कार्यक्षमता दर्जी के लिए एक अभूतपूर्व क्षमता है. पहले एक असाधारण उच्च अमोनिया लोड हो रहा है पाया गया है (यह भी 2 छीना -1 या घन 3 (बीटीसी) के रूप में जाना जाता है) घन बीटीसी, लेकिन, इस सामग्री की संरचनात्मक स्थिरता 4 की लागत से है. घन बीटीसी पर आगे के अध्ययन नमी ही कई संभावित अनुप्रयोगों 5,6,21 के लिए अप्रभावी यह प्रतिपादन, वित्त मंत्रालय संरचना अपमानजनक करने में सक्षम है कि संकेत दिया है. तरल पानी या उच्च आर्द्रता की उपस्थिति में MOFs युक्त कुछ कार्बोक्सिलेट की संरचनात्मक अस्थिरता वाणिज्यिक या औद्योगिक अनुप्रयोगों 7 में उपयोग करने के लिए एक बड़ी बाधा रही है.
यह नमी की उपस्थिति में निहित स्थिरता के लिए रासायनिक हटाने के लिए इस्तेमाल किया MOFs के लिए सबसे आदर्श होगा. हालांकि, कई एमओवित्त मंत्रालय -74 और घन बीटीसी की तरह खुले धातु साइटों के साथ कई MOFs बेहतर रासायनिक हटाने क्षमताओं 2,4,8,9 है, जबकि इस तरह के UIO-66 के रूप में बेहतर स्थिरता के साथ एफएस,,, गरीब रासायनिक हटाने की क्षमता है. वित्त मंत्रालय -74 और घन बीटीसी में खुला धातु साइटों ऐसे अमोनिया के रूप में विषैली गैसों की तेज वृद्धि, लेकिन इन साइटों को भी, पानी बाध्यकारी सक्रिय साइटों विषाक्तता और कई मामलों में संरचनात्मक टूटने के लिए अग्रणी करने के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं. एक पानी अस्थिर वित्त मंत्रालय के रासायनिक गुणों की रक्षा करने के लिए, MOFs का पानी स्थिरता को बढ़ाने के लिए विभिन्न प्रयास किए गए हैं. वित्त मंत्रालय -5 वित्त मंत्रालय के चारों ओर एक कारबोनकेयस परत बनाकर, थर्मल उपचार पर नमी प्रतिरोध में एक वृद्धि है दिखाया गया है, तथापि, वृद्धि हुई hydrophobicity सतह क्षेत्र की कीमत पर है और अंततः 10 कार्यशीलता. वित्त मंत्रालय -5 भी अपने hydrostability नी 2 + 11 आयनों के साथ डोपिंग के माध्यम से वृद्धि हुई है दिखाया गया है. इसके अलावा, 1,4 diazabicyclo [2.2.2] ओकटाइन होते(यह भी DMOFs के रूप में जाना जाता है) आईएनजी MOFs 1,4 बेंजीन dicarboxylate लिंकर 12,13 पर विभिन्न लटकन समूहों के समावेश के माध्यम से पानी स्थिरता की ट्यूनिंग दिखाने के लिए इस्तेमाल किया गया है.
MOFs के कुछ की hydrostability की कमी, उच्च विषाक्त गैस तेज के साथ विशेष रूप से लोगों को अपने hydrophobicity 14 को बढ़ाने के लिए वित्त मंत्रालय की सतहों पर fluorinated समूह बनाने के लिए perfluoroalkanes के प्लाज्मा बढ़ाया रासायनिक वाष्प जमाव (PECVD) का उपयोग करने के लिए नेतृत्व किया. इस तकनीक यह सुरभित hydrogens, साथ ही MOFs की भीतरी सतहों पर अन्य संभावित कार्य समूहों युक्त किसी भी वित्त मंत्रालय को बदलने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है कि अद्वितीय लाभ प्रदान करता है. हालांकि, तकनीक की वजह से प्लाज्मा में उच्च प्रतिक्रियाशील कण के गठन को नियंत्रित करने के लिए मुश्किल हो सकता है. कण खुशबूदार हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ प्रतिक्रिया, लेकिन यह भी CF एक्स समूहों के साथ पहले से ही वित्त मंत्रालय सतहों पर प्रतिक्रिया व्यक्त करते हैं. प्रक्रिया की सावधानी से नियंत्रण ताकना blo सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक हैckage वित्त मंत्रालय अप्रभावी प्रतिपादन नहीं होती है. इस तकनीक कार्बन सामग्री के गीला गुणों को बदलने के लिए दूसरों के द्वारा इस्तेमाल किया गया है, लेकिन, हमारे ज्ञान करने के लिए यह पहले से microporous सामग्री की hydrostability बढ़ाने के लिए इस्तेमाल नहीं किया गया था 15,16..
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Protocol
1. घन बीटीसी संश्लेषण और तैयारी
- लगभग 5 मिनट के लिए टोपी जार पेंच विआयनीकृत पानी की 12.5 मिलीग्राम और 100 एमएल में dimethylformamide के 12.5 मिलीलीटर हिलाओ.
- 0.87 जी (3.6 mmol) जार में समाधान करने के लिए trimesic एसिड की 0.50 ग्राम (2.4 mmol) के बाद कॉपर (द्वितीय) नाइट्रेट trihydrate जोड़ें और लगभग 5 मिनट के लिए हलचल. समाधान नीले रंग में बंद हो जाएगा. लगभग 24 घंटे के लिए 120 डिग्री सेल्सियस पर एक ओवन में छाया हुआ जार रखें.
- ओवन से जार निकालें. जार कमरे के तापमान को ठंडा है, अधिक से अधिक या 2.5 माइक्रोन के बराबर क्रिस्टल ठीक करने के लिए मूल्यांकन किया गया फिल्टर पेपर का उपयोग वैक्यूम निस्पंदन माध्यम घन बीटीसी क्रिस्टल ठीक हो. अंततः dichloromethane के एक ताजा समाधान में क्रिस्टल रखकर, dichloromethane के साथ जिसके परिणामस्वरूप क्रिस्टल कुल्ला.
- विलायक हर 24 घंटा एक्सचेंज और घन का pores से कम अस्थिर सॉल्वैंट्स को हटाने में सहायता करने के लिए अगले तीन दिनों के लिए ताजा dichloromethane के साथ की जगहबीटीसी.
- एक वैक्यूम ओवन में या सामग्री से किसी भी अवशिष्ट अतिथि अणुओं को निकालने के लिए एक SCHLENK लाइन के माध्यम से 170 डिग्री सेल्सियस के लिए घन बीटीसी क्रिस्टल हीट. पूरी तरह से सक्रिय घन बीटीसी रंग में बैंगनी रंग के लिए नीले रंग गहरा होना चाहिए.
- पाउडर एक्स - रे विवर्तन और फूरियर बदलने अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी, क्रमशः के माध्यम से घन बीटीसी की संरचना और रासायनिक श्रृंगार की पुष्टि करें.
2. घन बीटीसी 14 Perfluoroalkanes के प्लाज्मा बढ़ाया रासायनिक वाष्प जमाव
- पिछले एक प्रयोग के लिए प्लाज्मा रिएक्टर और कम से कम 30 मिनट के लिए 50 डब्ल्यू पर एक एयर प्लाज्मा के साथ प्लाज्मा उपचार में प्रयोग की जाने वाली किसी भी कांच के बने पदार्थ साफ. यह प्रतिक्रिया कक्ष या पूर्व प्रयोगों से बने पदार्थ के भीतरी सतहों पर गठित हो सकता है किसी भी perfluoroalkane फिल्मों हटा.
- एक 250 मिलीलीटर Pyrex बोतल में और एक समरूप इलाज सुनिश्चित करने के लिए अपने पक्ष में बोतल भर में फैले सक्रिय घन बीटीसी की एक ज्ञात राशि रखें. एक पारगम्य कपड़ा आसपास रखा जाना चाहिएएक वैक्यूम आवेदन पर खो दिया है कि नमूना की मात्रा को कम करने के लिए एक रबर बैंड के साथ बोतल की गर्दन.
- प्लाज्मा चैम्बर में बोतल रखें. चैम्बर नमूना पर adsorbed हो सकता है कि किसी भी पानी निकालने के लिए कम से कम 30 मिनट के लिए 0.20 एम्बार ≤ एक दबाव पर पहुंच गया जब तक एक निर्वात लागू करें.
- Perfluoroalkane गैस कनेक्ट और जन प्रवाह नियंत्रक के विनिर्देशों के भीतर एक दबाव को नियामक को समायोजित.
- प्रयोग के वांछित दबाव बनाए रखने के लिए perfluoroalkane गैस की उचित राशि के साथ प्रतिक्रिया कक्ष को भरने के लिए जन प्रवाह नियंत्रक समायोजित करें. पाउडर की एक अधिक समरूप उपचार बनाने के लिए PECVD तंत्र के भीतर बोतल घुमाएँ.
- एक 13.56 मेगाहर्ट्ज आरएफ जनरेटर, और reflectance जबकि कम से कम बिजली की अधिकतम करने के लिए नियंत्रण रेखा मिलान यूनिट के साथ धुन रेडियो आवृत्ति के साथ प्लाज्मा प्रकाश. उपचार के दौरान समय - समय retune.
- इलाज पूरा हो जाने पर, किसी के कक्ष खालीअवशिष्ट perfluoroalkane गैस और तब वायुमंडलीय दबाव के वेंट. PECVD तंत्र से नमूना निकालें और बोतल की तरफ से इलाज सामग्री की वसूली. एक antistatic डिवाइस सामग्री की अधिकतम राशि की वसूली करने के लिए इस्तेमाल किया जाना चाहिए.
- किसी भी unreacted perfluoroalkane गैस निकालने के लिए 120 डिग्री सेल्सियस पर एक ओवन में इलाज सामग्री रखें. फिर माहौल से पानी की सोखना को रोकने के लिए एक desiccator में इलाज सामग्री की जगह है.
- बोतल में छोड़ दिया अवशिष्ट सामग्री कुल्ला और उचित निपटान के लिए अपशिष्ट ठीक करने के लिए फिल्टर.
- 20 एफ जादू कोण परमाणु चुंबकीय अनुनाद कताई के साथ इलाज घन बीटीसी विशेषताएँ, अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी फूरियर बदलने, और एक्स - रे Photoelectron स्पेक्ट्रोस्कोपी.
3. आर्द्र परिस्थितियों के तहत घन बीटीसी की एजिंग
- वांछित तापमान और पर्यावरण कक्ष की सापेक्ष आर्द्रता सेट और इसे संतुलित करने के लिए अनुमति देते हैं.
- में समान रूप से नमूना बाहर बिखरासमय के वांछित राशि के लिए पर्यावरण कक्ष में एक खुला कंटेनर और जगह.
- गिरावट की डिग्री का निर्धारण करने के लिए 77 कश्मीर में एक्स - रे विवर्तन और एक नाइट्रोजन इज़ोटेर्म साथ घन बीटीसी नमूना विशेषताएँ.
4. अमोनिया Microbreakthrough प्रयोगों 2
- पहले साफ अमोनिया की 210 मिलीलीटर के साथ एक खाली गिट्टी इंजेक्शन द्वारा 5000 मिलीग्राम / एम 3 में अमोनिया की एक 14.6 एल गिट्टी तैयार करें. फिर 15 साई के दबाव को शून्य हवा के साथ गिट्टी भरने. Microbreakthrough तंत्र के साथ लाइन में गिट्टी से कनेक्ट करें.
- चारा संकेत निर्धारित करने के लिए microbreakthrough तंत्र में एक खाली ट्यूब चलाएँ. 20 मिलीग्राम / मिनट मिलीग्राम / एम 3 अमोनिया 2,000 के एक प्रवाह बनाने के लिए, क्रमश: 8 और 12 मिलीग्राम / मिनट के लिए अमोनिया और शुष्क हवा के लिए जन प्रवाह नियंत्रकों सेट करें. प्रवाह में अमोनिया की फीड संकेत निर्धारित करने के लिए गैस chromatograph और photoionization डिटेक्टर नियंत्रित करने के लिए एक प्रोग्राम विधि चलाएँ. नमी प्रणाली से जोड़ा जा सकता हैआवश्यक सापेक्ष आर्द्रता प्राप्त करने के लिए आवश्यक दर से तापमान नियंत्रित saturator सेल के माध्यम से मंदक धारा का हिस्सा चलाकर अगर वांछित.
- एक नाममात्र 4 मिमी आईडी ग्लास ट्यूब में कांच मिलाना नीचे कांच ऊन की एक छोटी राशि रखें. ट्यूब में सामग्री का लगभग 10-15 मिलीग्राम वजन. इस्तेमाल किया जन लगभग 0.15 सेकंड के एक बिस्तर निवास समय में जिसके परिणामस्वरूप, लगभग 55 मिमी 3 Sorbent मात्रा का परिणाम चाहिए.
- यह किसी भी adsorbed पानी निकालने के लिए 1 घंटे के लिए 150 डिग्री सेल्सियस तक गरम किया जाता है के रूप में ग्लास ट्यूब के माध्यम से शुष्क हवा का प्रवाह. उत्थान के बाद नमूना वजन.
- लाइन में नमूना प्लेस और 25 डिग्री सेल्सियस के लिए सेट एक पानी के स्नान में ईमानदार सुरक्षित
- चारा गैस के साथ भरने लाइनों के लिए नमूना को दरकिनार करते हुए 2,000 मिलीग्राम / एम 3 अमोनिया में 20 मिलीग्राम / मिनट की एक प्रवाह पैदा करने के लिए, क्रमश: 8 और 12 मिलीग्राम / मिनट के लिए अमोनिया और शुष्क हवा के लिए जन प्रवाह नियंत्रकों सेट करें.
- नमूना के माध्यम से अमोनिया धारा प्रवाह और एक programed चलानेप्रवाह में अमोनिया की निगरानी की एकाग्रता गैस chromatograph और photoionization डिटेक्टर नियंत्रित करने के लिए विधि.
- प्रवाह एकाग्रता फ़ीड एकाग्रता तक पहुँच गया है, अमोनिया धारा बंद कर और दृढ़ता से नमूना करने adsorbed नहीं है कि बंद गैस किसी भी अमोनिया के लिए नमूना अनुमति देते हैं.
- एक्स - रे विवर्तन और फूरियर बदलने अवरक्त विश्लेषण के माध्यम से बाद जोखिम विश्लेषण के लिए पानी में नहाने से नमूना निकालें.
- नमूने के लिए अमोनिया लोड हो रहा है निर्धारित करने के लिए समय डेटा बनाम गैस chromatograph संकेत एकीकृत.
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Representative Results
प्रतिनिधि परिणामों में लेखकों 4 0.30 एम्बार के दबाव में घंटा और एक साथ इलाज 50 डब्ल्यू MOFs का एक प्लाज्मा सत्ता के लिए (सी 2 एफ 6) hexafluoroethane साथ इलाज घन बीटीसी की 0.50 ग्राम नमूना की विशेषताओं को प्रदर्शित करने के लिए चुना पर्याप्त शर्तों के तहत perfluoroalkane प्लाज्मा बढ़ाया hydrophobicity प्रदर्शित करना चाहिए. यह तरल पानी के शीर्ष पर पाउडर रखने और नमूना मंगाई या एक दबाया गोली पर संपर्क कोण पानी को मापने चित्रा 1 के रूप में देखा, यह निर्धारित करने के द्वारा प्रदर्शन किया जा सकता है. घन बीटीसी और घन बीटीसी छर्रों इलाज सी 2 एफ 6 प्लाज्मा के लिए संपर्क कोण क्रमश: 59 डिग्री और 123 डिग्री मापा गया. सीएफ की उपस्थिति pores की सतह पर समूहों x पानी घृणा उत्पन्न करने के लिए सामग्री के कारण सामग्री की hydrophobicity के लिए कहते हैं.
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चित्रा 1. घन बीटीसी की तस्वीर पानी में छितरी (बाएं नीचे) घन बीटीसी repelling और पानी के ऊपर तैर इलाज (ऊपर बाएं) और सी 2 एफ 6 प्लाज्मा. घन बीटीसी (शीर्ष सही) और सी का संपर्क कोण छवियों 2 एफ 6 प्लाज्मा पानी की एक 2 μl छोटी बूंद के साथ घन बीटीसी (नीचे, दाएं) का इलाज किया.
सीएफ बांड की उपस्थिति चित्रा 2 17 में देखा जा सकता है, के रूप में 1,300-1,140 सेमी -1 तनु कुल अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी reflectance-फूरियर बदलने (एटीआर-FTIR) के परिणाम में बीच वर्णक्रमीय बैंड के संकेत हैं. सीएफ के fluorination और पुष्टि की डिग्री प्रजातियों प्रकार चित्रा 3 में देखा जा सकता है, के रूप में 20 एफ जादू कोण कताई (मास) परमाणु चुंबकीय अनुनाद (एनएमआर) के साथ किया, या एक्स - रे Photoelectron स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) किया जा सकता है एक्स. इस नमूने में मनाया दो मुख्य फ्लोरीन प्रजातियों δ पर सीएफ 2 समूह हैं ~ -87 δ ~ -152 पर पीपीएम और सीएफ18 पीपीएम. एक छोटी सी चोटी सीएफ 3 समूहों का प्रतिनिधित्व, δ ~ -80 पीपीएम पर है. अन्य सभी महत्वपूर्ण चोटियों कताई sidebands माता पिता के शिखर से लगभग 9 kHz अंतराल का प्रतिनिधित्व करते हैं. सीएफ एक्स समूहों संभावना वित्त मंत्रालय के भीतरी सतहों के साथ प्रतिक्रिया व्यक्त की है कि समूह का एक संयोजन है, साथ ही वित्त मंत्रालय क्रिस्टल के बाहर पर एक अनाकार कोटिंग कर रहे हैं. बड़े आकार और सीएफ 2 और CF प्रजातियों के लिए कताई sidebands की मात्रा इन CF एक्स समूहों कसकर घन बीटीसी संरचना करने के लिए बाध्य है और 19 अपेक्षाकृत स्थिर रहे हैं कि संकेत मिलता है.
चित्रा 2. घन बीटीसी (नीला, नीचे) और सी 2 एफ के एटीआर-FTIR स्पेक्ट्रा घन बीटीसी (ऊपर लाल,) का इलाज किया. सीएफ फैला 6 प्लाज्मा 1,300 और 1,140 सेमी -1 के बीच आईआर बैंड के रूप में देखा जा सकता है.
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चित्रा 3 20. घन बीटीसी इलाज सी 2 एफ 6 प्लाज्मा के एफ मास एनएमआर स्पेक्ट्रा. स्पिनिंग पक्ष बैंड तारांकित (*) से चिह्नित कर रहे हैं.
घन बीटीसी नमूने इलाज घन बीटीसी और सी 2 एफ 6 प्लाज्मा तेजी से तीन दिनों के लिए 45 डिग्री सेल्सियस और 100% आरएच में आयु वर्ग के थे. हालांकि, प्लाज्मा इलाज नमूना संरचना में कम से कम परिवर्तन से पता चलता है, एक्स - रे विवर्तन (XRD) पैटर्न (चित्रा 4) अनुपचारित नमूना की संरचना में एक के पास पूरा परिवर्तन दिखा. परिणाम भी कठोर नमी की शर्तों के तहत बढ़ाया संरचनात्मक स्थिरता के संकेत हैं. Perfluoroalkane plasmas के साथ इलाज घन बीटीसी का बढ़ाया स्थिरता का विश्लेषण कहीं 14 गहराई में वर्णित हैं.
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चित्रा 4. घन बीटीसी (काला, नीचे) की XRD पैटर्न, 45 डिग्री सेल्सियस और 100% आरएच 3 दिन (नीले, मध्य) के लिए, और सी 2 एफ में घन बीटीसी वृद्ध घन बीटीसी 45 डिग्री सेल्सियस पर वृद्ध और 100 इलाज 6 प्लाज्मा 3 दिन (लाल, ऊपर) के लिए% आरएच.
Microbreakthrough विश्लेषण के लिए इस्तेमाल डिवाइस का एक योजनाबद्ध चित्रा 5 में पाया जा सकता है. वृद्ध घन बीटीसी और सी 2 एफ के Microbreakthrough परीक्षण 2,000 मिलीग्राम / एम 3 के एक एकाग्रता में एनएच 3 के लिए 6 इलाज घन बीटीसी नमूने चित्रा 6 में प्रस्तुत कर रहे हैं. सफलता घटता ऊपर एकता घन बीटीसी इलाज सी 2 एफ 6 प्लाज्मा की अमोनिया / जी का 1.1 घन बीटीसी की अमोनिया / जी की mmol और 5.3 mmol की क्षमता अर्जित करता है. उम्र बढ़ने के बाद घन बीटीसी नमूना इलाज प्लाज्मा की बढ़ी अमोनिया तेज वृद्ध घन बीटीसी नमूना की तुलना में जब मूल घन बीटीसी क्रिस्टल संरचना, की अवधारण के कारण है.
चित्रा 5. घन बीटीसी नमूनों की अमोनिया सफलता विश्लेषण संदर्भ 13 से अनुमति के साथ पुन: उपयोग किया. चित्रा के लिए इस्तेमाल किया microbreakthrough तंत्र के योजनाबद्ध.
चित्रा 6. घन बीटीसी (नीला) और सी 2 एफ के अमोनिया सफलता घटता 6 प्लाज्मा इस्तेमाल किया नमूना के द्रव्यमान से सामान्यीकृत समय सफलता के संबंध के साथ मापा प्रवाह एकाग्रता दिखा घन बीटीसी (लाल) का इलाज किया.
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Discussion
घन बीटीसी का संश्लेषण, सबसे MOFs में के रूप में इस्तेमाल reactants के अनुपात और संश्लेषण में किया जाता है तापमान पर निर्भर हो सकता है. संश्लेषण में प्रयोग किया जाता तापमान या विलायक एक वित्त मंत्रालय संरचना 20 की अलग morphologies उत्पादन दिखाया गया है अलग. इसलिए यह किसी भी वित्त मंत्रालय संश्लेषित किया जा रहा है के लिए साहित्य में निर्धारित प्रक्रिया का पालन करने के लिए मजबूत महत्व का है. संश्लेषण का संचालन करने के लिए एक पोत चुनने इसके अलावा, जब एक अभिकारकों, सॉल्वैंट्स, और संश्लेषण की स्थिति पर विचार करना चाहिए. MOFs एक माल से अगले करने के लिए आकार में लेकर कर सकते हैं, लेकिन घन बीटीसी 10 माइक्रोन के आदेश पर बहुत ठीक क्रिस्टल है. निस्पंदन कदम के लिए चयनित फिल्टर पेपर के रूप में छोटे उपज को अधिकतम करने के लिए माइक्रोन के रूप में 2.5, वैक्यूम निस्पंदन कदम इस तरह ठीक फिल्टर पेपर के साथ धीरे - धीरे आगे बढ़ सकते हैं क्रिस्टल ठीक करने के लिए पर्याप्त होना चाहिए. इसके अलावा, सक्रियण चरण के दौरान यह धीरे - धीरे 170 तक तापमान बढ़ाने के लिए महत्वपूर्ण हैडिग्री सेल्सियस, बहुत तेजी से तापमान बढ़ाने क्रिस्टल के वित्त मंत्रालय के microporous संरचना या खुर के विनाश में परिणाम की संभावना है.
Perfluoroalkanes की PECVD अन्यथा पानी गिरावट 14 से ग्रस्त हैं कि MOFs का पानी स्थिरता को बढ़ाने के लिए दिखाया गया है. PECVD उपकरणों के साथ काम करते हैं, तथापि, कई जटिलताओं रहे हैं. वहाँ हाइड्रोजन फ्लोराइड, या अन्य संक्षारक गैसों के लिए फार्म किसी भी perfluoroalkane प्लाज्मा उपचार में संभावित है, और विशेष देखभाल इन हानिकारक प्रजातियों के लिए उपयोगकर्ता और साधन की रक्षा के लिए लिया जाना चाहिए. वैक्यूम पंप संक्षारक गैसों के साथ संगत होना चाहिए; सभी ट्यूबिंग, वाल्व, जन प्रवाह नियंत्रकों और कनेक्शन स्टेनलेस स्टील या अन्य संक्षारण प्रतिरोधी सामग्री के लिए किए जाने की जरूरत है और साधन से उपयोगकर्ता की रक्षा के लिए सभी जवानों को नियमित रूप से निरीक्षण किया जाना चाहिए. इसके अलावा, घड़ियों को रोकने की क्षमता, ईआर के लिए संभावित सहित आरएफ जनरेटर से संबंधित खतरों रहे हैंयह चल रहा है, जबकि asing चुंबकीय मीडिया, और एक पेसमेकर के साथ कोई व्यक्ति प्लाज्मा तंत्र दृष्टिकोण होगा. एक ऑक्सीजन प्लाज्मा चलाकर नियमित रूप से प्लाज्मा तंत्र की सफाई पिछले प्रयोगों से प्लाज्मा चैम्बर में फार्म कर सकते हैं कि किसी भी फिल्मों को दूर करने के लिए आवश्यक है. 50 डब्ल्यू में एक एयर प्लाज्मा एक उज्ज्वल गुलाबी रंग चमक चाहिए.
PECVD के माध्यम से पाउडर का इलाज फ्लैट वेफर्स या अन्य सामग्री के इलाज से बहुत अलग हो सकता है. एक सजातीय इलाज सुनिश्चित करने के लिए, पाउडर एक घूर्णन कांच की बोतल भर में छितरी हुई किया जाना चाहिए. कम घनत्व है या बहुत ठीक कणों हैं कि पाउडर के लिए, एक पारगम्य शीर्ष एक निर्वात लागू किया जाता है जब, पाउडर बोतल में रहता है यह सुनिश्चित करने के लिए कांच की बोतल पर रखा जाना चाहिए. ऐसे MOFs के रूप में झरझरा सामग्री,, आम तौर पर वातावरण से नियमित रूप से पानी physisorb. यह बात महत्वपूर्ण perfluoroalkane गैस शुरू करने और एमओ सुनिश्चित करने के लिए प्लाज्मा प्रकाश से पहले एक पर्याप्त समय के लिए एक निर्वात लागू करने के लिए बनाता हैएफ सतह केवल perfluoroalkane प्रजातियों के साथ प्रतिक्रिया है. घन बीटीसी physisorbed पानी पूरी तरह से हटा दिया गया है जब इंगित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है कि (निर्जलित) गहरे बैंगनी (हाइड्रेटेड) हल्के नीले से एक वर्णमिति परिवर्तन है. यह आदर्श है कि एक उपचार प्रक्रिया microporous सामग्री perfluoroalkane गैस सिस्टम के लिए निर्धारित करने के लिए महत्वपूर्ण है, इस तरह की सामग्री की मात्रा, perfluoroalkane गैस का दबाव, प्लाज्मा बिजली, और उपचार समय जैसे कारकों सभी प्रक्रिया के समग्र परिणाम पर असर पड़ेगा. उदाहरण के लिए, इलाज किया जा रहा राशि सामग्री में वृद्धि के इसी तरह के परिणाम प्राप्त करने के लिए उपचार में वृद्धि की आवश्यकता है. इसके अलावा, प्लाज्मा शक्ति में वृद्धि और अधिक perfluoroalkane कण बनाता है और सामग्री 21 पर बनाई जा रही एक तेज बयान और / या विभिन्न प्रजातियों में परिणाम कर सकते हैं.
microbreakthrough विश्लेषण के पीछे सिद्धांत अच्छी तरह से साहित्य 2 में समझाया गया है. विशेष देखभाल जब लोड किए जाने की जरूरतग्लास ट्यूब में एक नमूना. ट्यूब में लोड किया जा रहा नमूना का केवल 10-15 मिलीग्राम के साथ किसी भी contaminant सामग्री शुरू करने और दस्ताने के साथ नमूना ट्यूब को संभालने के लिए नहीं सहित, वजन में बहुत ही सटीक होना करने के लिए सावधान रहना चाहिए. बचने के लिए ट्यूब चारों ओर उड़ा जा रहा पाउडर के नमूने प्रवाह ऊपर से नीचे तक होना चाहिए. गतिशील लोड सफलता वक्र पर एकीकरण से गणना की जा सकती, लोडिंग sorbate एकाग्रता और तापमान के साथ अलग अलग होंगे. एक सोखना इज़ोटेर्म साथ Sorbent क्षमता को मापने के लिए सम्मान के साथ, सफलता तकनीक केवल एक इज़ोटेर्म पर एक बिंदु का प्रतिनिधित्व करने, प्रयोग के प्रति एक एकाग्रता में sorbate लोडिंग के निर्धारण की अनुमति देता. हालांकि, सफलता तकनीक और अधिक बारीकी से वास्तविक निस्पंदन प्रकार के अनुप्रयोगों mimics.
Perfluoralkanes साथ microporous सामग्री की PECVD कई क्षेत्रों में संभावनाओं को खोलता है. हम फ़्लोरोकार्बन साथ सतहों के इलाज wettin बदल सकते हैं कैसे पता चला हैछ गुण और MOFs की hydrostability. Perfluoroalkane प्लाज्मा इलाज सामग्री की सतहों अनुपचारित सामग्री से विभिन्न कार्य समूहों के रूप में इसके अलावा इस तकनीक, microporous सामग्री की सोखना गुणों को बदलने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. इस तकनीक को एक अन्य microporous सामग्री की विविधता है, साथ ही अन्य अग्रदूत गैसों की एक किस्म के लिए बढ़ा दिया करने के लिए लागू किया जा सकता है.
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Disclosures
लेखकों वे कोई प्रतिस्पर्धा वित्तीय हितों की है कि घोषित.
Acknowledgments
इस लेखक मार्टिन स्मिथ, Corrine स्टोन, और रक्षा विज्ञान और प्रौद्योगिकी प्रयोगशाला (DSTL) कॉलिन विलिस कम दबाव प्लाज्मा प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में अपनी विशेषज्ञता के लिए, और मैथ्यू browe और के वेस्ले गॉर्डन, परियोजना संख्या BA07PRO104 तहत वित्त पोषण के लिए डिफेंस थ्रेट रिडक्शन एजेंसी धन्यवाद क्रमशः microbreakthrough परीक्षण और संपर्क कोण माप के लिए केंद्र Edgewood रासायनिक जैविक (ECBC),.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Copper (II) Nitrate Trihydrate | Sigma-Aldrich | 61194 | |
| Trimesic acid | Sigma-Aldrich | 482749 | |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | 130147 | |
| Dimethyl Formamide | Sigma-Aldrich | 319937 | |
| Dichloromethane | Sigma-Aldrich | 187332 | |
| Hexafluoroethane | Synquest Labs | 1100-2-05 | |
| Femto-Plasma System | Diener Electronic | Basic unit type B | |
| Plasma Generator | Diener Electronic | Type D | 0-100 W at 13.56 MHz |
| Rotary Vane Pump for Plasma System | Leybold | D16BCS PFPE | Appropriate for corrosive gases |
| Powder Treatment Device | Diener Electronic | Option 5.9 | Glass bottle and rotating devise within plasma system |
| Environmental Chamber | Associated Environmental Systems | HD-205 | |
| Gas Chromatograph | Hewlet Packard | HP5890 Series II | |
| Photoionization Detector | O-I Analytical | 4430/5890 | |
| Photoionization Detector Lamp | Excilitis | FK-794U | |
| Water bath | NESLAB | RTE-111 | |
| Fritted glass tubes | CDA Analytical | MX062101 | Dynatherm sampling tubes |
References
- Montoro, C., et al. Capture of Nerve Agents and Mustard Gas Analogues by Hydrophobic Robust MOF-5 Type Metal-Organic Frameworks. J. Am. Chem. Soc. 133, 11888-11891 (2011).
- Glover, T. G., Peterson, G. W., Schindler, B. J., Britt, D., Yaghi, O. MOF-74 building unit has a direct impact on toxic gas adsorption. Chem. Eng. Sci. 66, 163-170 (2011).
- Britt, D., Tranchemontagne, D., Yaghi, O. M. Metal-organic frameworks with high capacity and selectivity for harmful gases. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105, 11623-11627 (2008).
- Peterson, G. W., et al. Ammonia Vapor Removal by Cu(3)(BTC)(2) and Its Characterization by MAS. NMR. J. Phys. Chem. Nanomater. Interfaces. 113 (3), 13906-13917 (2009).
- Gul-E-Noor, F., et al. Effects of varying water adsorption on a Cu(3)(BTC)(2) metal-organic framework (MOF) as studied by (1)H and (13)C solid-state NMR spectroscopy. Phys. Chem. Chem. Phys. 13 (3), 7783-7788 (2011).
- DeCoste, J. B., et al. The effect of water adsorption on the structure of the carboxylate containing metal-organic frameworks Cu-BTC, Mg-MOF-74, and UiO-66. J. Mater. Chem. , (2013).
- Küsgens, P., et al. Characterization of metal-organic frameworks by water adsorption. Microporous and Mesoporous Mater. 120, 325-330 (2009).
- Cavka, J. H., et al. A New Zirconium Inorganic Building Brick Forming Metal Organic Frameworks with Exceptional Stability. J. Am. Chem. Soc. 130, 13850-13851 (2008).
- DeCoste, J. B., et al. Stability and degradation mechanisms of metal-organic frameworks containing the Zr6O4(OH)4 secary building unit. J. Mater. Chem. A. 1, 5642-5650 (2013).
- Yang, S. J., Park, C. R. Preparation of Highly Moisture-Resistant Black-Colored Metal Organic Frameworks. Adv. Mater. 24, 4010-4013 (2012).
- Li, H., et al.
- Jasuja, H., Huang, Y. -g, Walton, K. S. Adjusting the Stability of Metal - Organic Frameworks under Humid Conditions by Ligand Functionalization. Langmuir. 28, 16874-16880 (2012).
- Jasuja, H., Burtch, N. C., Huang, Y. -g, Cai, Y., Walton, K. S. Kinetic Water Stability of an Isostructural Family of Zinc-Based Pillared Metal - Organic Frameworks. Langmuir. 29, 633-642 (2012).
- Decoste, J. B., Peterson, G. W., Smith, M. W., Stone, C. A., Willis, C. R. Enhanced Stability of Cu-BTC MOF via Perfluorohexane Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition. J. Am. Chem. Soc. 134, 1486-1489 (2012).
- Bradley, R. H., Smith, M. W., Andreu, A., Falco, M. Surface studies of novel hydrophobic active carbons. Appl. Surf. Sci. 257, 2912-2919 (2011).
- Poire, E., et al. Modification of active carbon by hydrophobic plasma plymers. Plasma Deposition of Polymeric Thin Films. 54, 185-196 (1994).
- Hozumi, A., Takai, O. Preparation of ultra water-repellent films by microwave plasma-enhanced CVD. Thin Solid Films. 303 (97), 222-225 (1997).
- Dolbier, W. R. Guide to Fluorine NMR for Organic Chemists. , John Wiley & Sons, Inc. (2009).
- Maricq, M. M., Waugh, J. S.
- Kim, M., Cahill, J. F., Su, Y., Prather, K. A., Cohen, S. M. Postsynthetic ligand exchange as a route to functionalization of 'inert' metal-organic frameworks. Chem. Sci. 3, 126-130 (2012).
- d'Agostino, R., et al. Advanced Plasma Technology. , Wiley-VCH. (2008).
- DeCoste, J. B., et al. The effect of water adsorption on the structure of the carboxylate containing metal-organic frameworks Cu-BTC, Mg-MOF-74, and UiO-66. J. Mater. Chem. A. , (2013).
