September 5th, 2018
在厌氧条件下, 以科大为原料, 采用合成儿茶酚类化合物的材料直接反应, 对邻苯二酚具有良好的功能。整个晶体周围的均匀涂层的形成归因于铜 (II) 脂肪酸在晶体外表面的仿生催化活性。
提高水稳定性对于将 MOF 集成到化学要求苛刻的应用中至关重要。我们的方法可以帮助提高在水中不稳定的 MOF 的稳定性。这种技术的主要优点是不仅可以改变涂层材料的疏水性,还可以控制涂层的功能。
该技术利用了一些 MOF 中存在的催化开放金属位点,它可以触发儿茶酚分子在晶体表面的聚合,而不会影响材料的整体孔隙率。首先,将一个 4 毫升玻璃瓶、两个刮刀和一个 1 毫升微量移液器放入手套箱中。必须特别小心,以保持无氧反应条件。
将 50 毫克 hdcat 加入玻璃瓶中。然后,向玻璃瓶中加入 1 毫升无水氯仿。然后,在 hdcat 溶液中加入 10 毫克 HKUST,并密封小瓶。
从手套箱中取出样品瓶后,对 HKUST 和 hdcat 的悬浮液进行超声处理几秒钟,以使溶液均质化。确保样品瓶密封严密,并将其放入 70 摄氏度的烘箱中过夜。从烘箱中取出样品瓶后,将其转移到装有 15 毫升离心管的手套箱中。
在手套箱中,使用新鲜的无水氯仿将样品瓶的内容物转移到离心管中。从手套箱中取出离心管后,以 3, 354 倍 g 离心 1 分钟,分离包被材料。将离心管放回手套箱后,使用滴管小心提取上清液并将其储存在干净的 40 毫升玻璃瓶中。
接下来,将包被的材料悬浮在 3 毫升无水氯仿中,以去除未附着在晶体表面的聚合邻苯二酚单元。去除氯仿后,将包被的材料悬浮在 3 毫升无水甲醇中,以去除未反应的 hdcat 分子。重复洗涤步骤三次后,将洗涤后的 hdcat-HKUST 转移到使用无水甲醇的玻璃瓶中。
一旦包被的固体沉淀在样品瓶底部,取出上清液,让粉末在手套箱中室温下干燥。将一个 4 毫升玻璃瓶、两个刮刀和一个 1 毫升微量移液器放入手套箱中。向玻璃瓶中加入 50 毫克 fdcat。
然后,向玻璃瓶中加入 1 毫升无水氯仿。接下来,在 fdcat 溶液中加入 10 毫克 HKUST,并密封小瓶。从手套箱中取出样品瓶后,对 HKUST 和 fdcat 的悬浮液进行超声处理几秒钟,以使溶液均质化。
确保小瓶密封严密,并将其放入 70 摄氏度的烘箱中过夜。从烘箱中取出样品瓶后,将其转移到装有 15 毫升离心管的手套箱中。在手套箱中,使用新鲜的无水氯仿将样品瓶的内容物转移到离心管中。
从手套箱中取出离心管后,以 3, 354 倍 g 离心 1 分钟,分离包被材料。将离心管放回手套箱后,使用滴管小心提取上清液并将其储存在干净的 40 毫升玻璃瓶中。然后,将包被的材料悬浮在 3 毫升无水氯仿中,以去除未附着在晶体表面的聚合邻苯二酚单元。
去除氯仿后,将包被的材料悬浮在 3 毫升无水甲醇中,以去除未反应的 fdcat 分子。重复洗涤步骤三次后,将洗涤后的 fdcat-HKUST 转移到使用无水甲醇的玻璃瓶中。一旦包被的固体沉淀在样品瓶底部,取出上清液,让粉末在手套箱中室温下干燥。
表面改性晶体在水中浸泡时表现出更高的疏水性。与会立即沉到小瓶底部的 HKUST 相比,hdcat-HKUST 和 fdcat-HKUST 可以在水中放置数天而不会下沉。接触角测量证实了它们优异的疏水性。
hdcat-HKUST 的 FT-IR 光谱显示了对应于 hdcat 烷基链的烷烃 C-H 拉伸振动的波段,而这些波段在香港科技大学中是不存在的。对于 fdcat-HKUST,烷烃 C-F 拉伸振动在光谱中可见,而 HKUST 则没有观察到。hdcat-HKUST 和 fdcat-HKUST 的 SEM 图像显示晶体周围有外部波纹层,这表明晶体在尊重其形态的同时进行了有效的聚合。
XPS 测量显示 hdcat-HKUST 和 fdcat-HKUST 中存在铜 I,这归因于邻苯二酚部分与表面铜单元的反应和随后的聚合。粉末 X 射线衍射测量证实,香港科技大学儿茶酸盐涂层的形成对香港科技大学的晶体结构没有影响。77 开尔文的孔隙率测量也证实了这一点,该测量表明 hdcat-HKUST 和 fdcat-HKUST 在涂层过程后保留了其表面积,但变化很小。
在尝试此过程时,保持无氧反应条件很重要,因为氧气会促进儿茶酚分子在溶液中而不是在晶体表面的聚合。按照这个程序,我们已经能够通过对 MOF 材料的外表面进行简单的功能化来改变其润湿性。此外,这项技术使我们能够控制涂层的功能,这使我们能够获得裸材料中不存在的新功能,例如手性分离或 VOC 捕获。
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本研究提出了一种在厌氧条件下通过一步反应在金属有机框架(MOFs)上生产稳定的功能邻苯二酚涂层的方法。该技术增强了MOFs的水稳定性,同时允许控制涂层的功能性。
Metal-organic frameworks (MOFs) face critical limitations in pharmaceutical applications due to moisture sensitivity, which restricts their use in drug delivery, sensing, and catalysis under humid conditions. This surface functionalization method enables controlled hydrophobic coating formation on MOFs while preserving porosity and crystalline structure, addressing a key stability barrier for translational development. By leveraging catalytic open metal sites for catechol polymerization under anaerobic conditions, the approach supports predictive confidence in material performance for downstream separation and adsorption applications.
This method fits within the discovery continuum from early material hypothesis testing to lead identification, where stabilized MOFs enable reliable evaluation of adsorption and separation properties critical for purification and sensing applications.