Name: Solvothermal Synthese von MIL-96 und UiO-66-NH2 auf atomarer Ebene hinterlegt Metall-Oxid-Beschichtungen auf Fasermatten (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-06-13T14:45:00.000+00:00
Duration: 6 min
Description: Lernen Sie die solvothermale Synthese von MOF-Filmen auf ALD-beschichteten Fasermatten für Materialwissenschaft und Katalyse. Diese Methode ermöglicht konforme Metall-organische Gerüste ohne zusätzliche Verarbeitungsschritte.

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Die Autoren danken ihren Mitarbeitern bei RTI International, Army Natick Soldier RD & E Center und Edgewood chemische und biologische Center. Sie danken auch ihre Finanzierungsquelle der Defense Threat Reduction Agency.

(1) atomic Layer Deposition (ALD) von Al2O3 auf Fasermatten
<ol><li>Legen Sie eine 2,54 x 2,54 cm2 Polypropylen Gewebe Probe im Reaktor Boot (eine dünne, starre, Metall Netz-Inhaber). Eine schematische Darstellung des Reaktors ist in Abbildung 2dargestellt.</li>
	<li>Öffnen Sie das Manometer. Entfernen Sie den Verschluss aus dem Reaktor-Deckel. Manuelle Steuerung in der LabView-System einschalten. Schließen Sie das Träger Stickstoff und Gate Ventil auf dem ALD-Reaktor. Öffnen Sie die Vent-Stickstoff.</li>
	<li>Nach dem Entfernen der Reaktor-GAP, laden Sie die Stoffmuster in den ALD-Reaktor. Die Reaktor-Verschlusskappe und den Schieber zu öffnen. Die Entlüftung schließen und Öffnen des Träger Stickstoffs. Manuelle Steuerung ausschalten.</li>
	<li>Laden Sie das Rezept für Al2O3 auf Textilien. Das Rezept wird abwechselnd Dosis Trimethylaluminum (TMA) für 1,2 s, gefolgt von einer 30 s trockenem Stickstoff löschen oder Dosis Wasser für 1 s, gefolgt von einer 60 s trockenem Stickstoff zu spülen. Legen Sie das Rezept für 1000 Zyklen laufen.</li>
	<li>Stellen Sie den Massenstrom Regler 20 cfm und die Ofentemperatur auf 90 ° C (84 ° C auf dem Ofen-Interface).</li>
	<li>Öffnen Sie das manuelle Ventil TMA und Wasser. Schließen Sie das Manometer. Ersetzen Sie den Verschluss auf der Reaktor-Kappe. Drücken Sie auf Start , auf der Oberfläche.</li>
	<li>Öffnen Sie nach Abschluss des Rezepts das Manometer. Entfernen Sie den Verschluss aus dem Reaktor-Deckel. Schalten Sie auf manuelle Steuerung im System. Schließen Sie das Träger Stickstoff und Gate Ventil auf dem ALD-Reaktor. Öffnen Sie die Vent-Stickstoff.</li>
	<li>Nehmen Sie das Reaktor-Kappe und Probe-Boot. Den Reaktor wieder zu verschließen. Hinweis: Das Verfahren kann an dieser Stelle angehalten werden.</li>
</ol>(2) atomic Layer Deposition (ALD) von TiO2 auf Polyamid-6 (PA-6) Fasermatten
<ol><li>Legen Sie eine Stoffprobe 2,54 x 2,54 cm2 PA-6 im Reaktor Boot (eine dünne, starre, Metall Netz-Inhaber).</li>
	<li>Öffnen Sie das Manometer. Entfernen Sie den Verschluss aus dem Reaktor-Deckel. Manuelle Steuerung in der LabView-System einschalten. Schließen Sie das Träger Stickstoff und Gate Ventil auf dem ALD-Reaktor. Öffnen Sie die Vent-Stickstoff.</li>
	<li>Nach dem Entfernen der Reaktor-GAP, laden Sie die Stoffmuster in den ALD-Reaktor. Die Reaktor-Verschlusskappe und den Schieber zu öffnen. Die Entlüftung schließen und Öffnen des Träger Stickstoffs. Manuelle Steuerung ausschalten.</li>
	<li>Laden Sie das Rezept für TiO2 auf Textilien. Das Rezept wird abwechselnd Dosis TiCl4 für 1 s, gefolgt von einer 40 s trockenem Stickstoff löschen oder Dosis Wasser für 1 s, gefolgt von einer 60 s trockenem Stickstoff zu spülen. Legen Sie das Rezept 300 Zyklen laufen.</li>
	<li>Stellen Sie den Massenstrom Regler 20 cfm und die Ofentemperatur auf 90 ° C (84 ° C auf dem Ofen-Interface).</li>
	<li>Öffnen Sie das manuelle Ventil TiCl4 und Wasser. Schließen Sie das Manometer. Ersetzen Sie den Verschluss auf der Reaktor-Kappe. Drücken Sie auf Start , auf der Oberfläche.</li>
	<li>Öffnen Sie nach Abschluss des Rezepts das Manometer. Entfernen Sie den Verschluss aus dem Reaktor-Deckel. Schalten Sie auf manuelle Steuerung im System. Schließen Sie das Träger Stickstoff und Gate Ventil auf dem ALD-Reaktor. Öffnen Sie die Vent-Stickstoff.</li>
	<li>Nehmen Sie das Reaktor-Kappe und Probe-Boot. Den Reaktor wieder zu verschließen. Hinweis: Das Verfahren kann an dieser Stelle angehalten werden.</li>
</ol>3. Solvothermal Synthese von MIL-96
<ol><li>Ein 80-mL-Becherglas 0,0878 g H3BTC hinzufügen.</li>
	<li>Den Becher H2O 12 mL und 12 mL Ethanol hinzufügen.</li>
	<li>Rühren Sie magnetisch für 10 Minuten oder bis die H3BTC vollständig aufgelöst ist.</li>
	<li>Legen Sie die Lösung in einem Druckbehälter Teflon ausgekleidet.</li>
	<li>Fügen Sie Al2O3 beschichtet Polypropylen für die Lösung und den Stoff auf einem Mesh-Träger zu stützen, damit es nicht flach auf den Boden des Gefäßes liegt.</li>
	<li>Versiegeln Sie den Druckbehälter zu und legen Sie sie in den Ofen bei 110 ° C für 24 h.</li>
	<li>Legen Sie nach Abzug der Probe abkühlen lassen die Stoffmuster in einem Netz Korb in einen Becher füllen. Waschen Sie sich zweimal mit Ethanol, jeweils für 12 h.</li>
	<li>Probe-Aktivierung erfordert Heizung bei 85 ° C für 6 h unter Vakuum, gefolgt durch Erhitzen auf 110 ° C für 12 h unter Vakuum. Hinweis: Das Verfahren kann hier eingestellt werden. Alle Proben sollten in einem Exsikkator Probe Aktivierung weiterhin gespeichert werden.</li>
</ol>4. Solvothermal Synthese von UiO-66-NH2
<ol><li>0,08 g-Arbeiter4 zu einem 20 mL Glas Funkeln Fläschchen zugeben.</li>
	<li>20 mL N, N-Dimethylformamid (DMF)-Arbeiter4 in 5 mL Schritten zugeben. Verschließen Sie das Fläschchen zwischen Schritten und lassen Sie Dämpfe zu zerstreuen.</li>
	<li>Beschallen Sie die Lösung für 1 min.</li>
	<li>Das Fläschchen 0,062 g 2-Aminoterephthalic Säure hinzu, und rühren Sie die Lösung für 5 min magnetisch.</li>
	<li>Die Ampulle 25 µL deionisiertes Wasser hinzufügen.</li>
	<li>Das Fläschchen 1,33 mL konzentrierter HCl hinzufügen.</li>
	<li>Die TiO2 ALD beschichtete Stoffmuster in die Lösung eintauchen und das Fläschchen cap.</li>
	<li>Legen Sie die Probe in den Ofen bei 85 ° C für 24 h.</li>
	<li>Legen Sie nach Abzug der Probe abkühlen lassen die Stoffmuster in einem Netz Korb in einen Becher füllen. Waschen Sie sich zweimal mit 80 mL DMF, jeweils für 12 h. Wash 3 Mal mit 80 mL Ethanol, jeweils für 12 h.</li>
	<li>Nach dem Entfernen der Stoffmuster, Filtern Sie das restliche MOF-Pulver. Waschen Sie sich zweimal mit 80 mL DMF, jeweils für 12 h. Wash 3 Mal mit 80 mL Ethanol, jeweils für 12 h.</li>
	<li>Probe-Aktivierung erfordert Heizung bei 85 ° C für 6 h unter Vakuum, gefolgt durch Erhitzen auf 110 ° C für 12 h unter Vakuum. Hinweis: Das Verfahren kann hier eingestellt werden. Alle Proben sollten in einem Exsikkator Probe Aktivierung weiterhin gespeichert werden.</li>
</ol>

<ol><li>Furukawa, H., Cordova, K. E., O'Keeffe, M., Yaghi, O. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Chemistry+and+Applications+of+Metal-Organic+Frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Science+%28Washington%2C+DC%2C+U.+S.%29%22%5BJournal%5D)">The Chemistry and Applications of Metal-Organic Frameworks.</a> Science (Washington, DC, U. S.). 341 (6149), 974(2013).</li>
<li>Farha, O. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metal-Organic+Framework+Materials+with+Ultrahigh+Surface+Areas%3A+Is+the+Sky+the+Limit%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Metal-Organic Framework Materials with Ultrahigh Surface Areas: Is the Sky the Limit?</a> Journal of the American Chemical Society. 134 (36), 15016-15021 (2012).</li>
<li>Bobbitt, N. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metal-organic+frameworks+for+the+removal+of+toxic+industrial+chemicals+and+chemical+warfare+agents%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Metal-organic frameworks for the removal of toxic industrial chemicals and chemical warfare agents.</a> Chemical Society Reviews. 46 (11), 3357-3385 (2017).</li>
<li>Prawiec, P., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adem.200500223/abstract">Improved Hydrogen Storage in the Metal-Organic Framework Cu3(BTC)2.</a> Advanced Engineering Materials. 8 (4), 293-296 (2006).</li>
<li>Moon, S. -Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effective%2C+Facile%2C+and+Selective+Hydrolysis+of+the+Chemical+Warfare+Agent+VX+Using+Zr6-Based+Metal-Organic+Frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Inorganic+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Effective, Facile, and Selective Hydrolysis of the Chemical Warfare Agent VX Using Zr6-Based Metal-Organic Frameworks.</a> Inorganic Chemistry. 54 (22), 10829-10833 (2015).</li>
<li>Zhou, H., Kitagawa, S. <a target="_blank" href="http://framergy.com/documents/chemSocRev-0914.pdf">Metal-Organic Frameworks (MOFs).</a> Chemical Society Reviews. 43 (16), 5415-5418 (2014).</li>
<li>Qiu, M., Chen, C., Li, W. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0920586115002485">Rapid controllable synthesis of Al-MIL-96 and its adsorption of nitrogenous VOCs.</a> Catalysis Today. 258, 132-138 (2015).</li>
<li>Abid, H. R., Rada, Z. H., Shang, J., Wang, S. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0277538716302686">Synthesis, characterization, and CO2 adsorption of three metal-organic frameworks (MOFs): MIL-53, MIL-96, and amino-MIL-53.</a> Polyhedron. 120, 103-111 (2016).</li>
<li>Lee, J. S., Jhung, S. H. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1387181109004399">Vapor-phase adsorption of alkylaromatics on aluminum-trimesate MIL-96: An unusual increase of adsorption capacity with temperature.</a> Microporous Mesoporous Materials. 129 (1-2), 274-277 (2010).</li>
<li>Gil-San-Millan, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemical+Warfare+Agents+Detoxification+Properties+of+Zirconium+Metal-Organic+Frameworks+by+Synergistic+Incorporation+of+Nucleophilic+and+Basic+Sites%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl.+Material+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Chemical Warfare Agents Detoxification Properties of Zirconium Metal-Organic Frameworks by Synergistic Incorporation of Nucleophilic and Basic Sites.</a> ACS Appl. Material Interfaces. 9 (28), 23967-23973 (2017).</li>
<li>Peterson, G. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tailoring+the+Pore+Size+and+Functionality+of+UiO-Type+Metal-Organic+Frameworks+for+Optimal+Nerve+Agent+Destruction%5BTitle%5D)+AND+%22Inorganic+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Tailoring the Pore Size and Functionality of UiO-Type Metal-Organic Frameworks for Optimal Nerve Agent Destruction.</a> Inorganic Chemistry. 54 (20), 9684-9686 (2015).</li>
<li>Katz, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exploiting+parameter+space+in+MOFs%3A+a+20-fold+enhancement+of+phosphate-ester+hydrolysis+with+UiO-66-NH2%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Science%22%5BJournal%5D)">Exploiting parameter space in MOFs: a 20-fold enhancement of phosphate-ester hydrolysis with UiO-66-NH2.</a> Chemical Science. 6 (4), 2286-2291 (2015).</li>
<li>Zhao, J., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admi.201400040/abstract">Highly Adsorptive, MOF-Functionalized Nonwoven Fiber Mats for Hazardous Gas Capture Enabled by Atomic Layer Deposition.</a> Advanced Materials Interface. 1 (4), 1400040(2014).</li>
<li>Peterson, G. W., Lu, A. X., Epps, T. H. III <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tuning+the+Morphology+and+Activity+of+Electrospun+Polystyrene%2F+UiO-66-NH2+Metal-Organic+Framework+Composites+to+Enhance+Chemical+Warfare+Agent+Removal%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Tuning the Morphology and Activity of Electrospun Polystyrene/ UiO-66-NH2 Metal-Organic Framework Composites to Enhance Chemical Warfare Agent Removal.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (37), 32248-32254 (2017).</li>
<li>Lee, D. T., Zhao, J., Peterson, G. W., Parsons, G. N. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemmater.7b00949">Catalytic ' MOF-Cloth ' Formed via Directed Supramolecular Assembly of UiO-66-NH 2 Crystals on Atomic Layer Deposition- Coated Textiles for Rapid Degradation of Chemical Warfare Agent Simulants.</a> Chemistry of Materials. 29 (11), 4894-4903 (2017).</li>
<li>López-maya, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Textile+%2F+Metal+-+Organic-Framework+Composites+as+Self-Detoxifying+Filters+for+Chemical-Warfare+Agents%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Textile / Metal - Organic-Framework Composites as Self-Detoxifying Filters for Chemical-Warfare Agents.</a> Angewandte Chemie International Edition. 54 (23), 6790-6794 (2015).</li>
<li>Zhao, J., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/ta/c4ta05501b">Conformal and highly adsorptive metal-organic framework thin films via layer-by-layer growth on ALD-coated fiber mats.</a> Journal of Materials Chemistry. A. 3 (4), 1458-1464 (2015).</li>
<li>Lemaire, P. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Copper+Benzenetricarboxylate+Metal-Organic+Framework+Nucleation+Mechanisms+on+Metal+Oxide+Powders+and+Thin+Films+formed+by+Atomic+Layer+Deposition%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Copper Benzenetricarboxylate Metal-Organic Framework Nucleation Mechanisms on Metal Oxide Powders and Thin Films formed by Atomic Layer Deposition.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (14), 9514-9522 (2016).</li>
<li>Zacher, D., Baunemann, A., Hermes, S., Fischer, R. A. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2007/jm/b703098c">Deposition of microcrystalline [Cu3(btc)2] and [Zn2(bdc)2(dabco)] at alumina and silica surfaces modified with patterned self assembled organic monolayers: evidence of surface selective and oriented growth.</a> Journal of Materials Chemistry. 17 (27), 2785-2792 (2007).</li>
<li>Parsons, G. N., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010854513001410">Mechanisms and reactions during atomic layer deposition on polymers.</a> Coordination Chemisty Reviews. 257 (23-24), 3323-3331 (2013).</li>
<li>Zhao, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Facile+Conversion+of+Hydroxy+Double+Salts+to+Metal-Organic+Frameworks+Using+Metal+Oxide+Particles+and+Atomic+Layer+Deposition+Thin-Film+Templates%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Soceity%22%5BJournal%5D)">Facile Conversion of Hydroxy Double Salts to Metal-Organic Frameworks Using Metal Oxide Particles and Atomic Layer Deposition Thin-Film Templates.</a> Journal of the American Chemical Soceity. 137 (43), 13756-13759 (2015).</li>
<li>Zhao, J., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201606656/abstract">Ultra-Fast Degradation of Chemical Warfare Agents Using MOF - Nanofiber Kebabs.</a> Angewandte Chemie International Edition. 55 (42), 13224-13228 (2016).</li>
<li>Lee, D., Zhao, J., Oldham, C., Peterson, G., Parsons, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((UiO-66-NH2+Metal%E2%80%93Organic+Framework+%28MOF%29+Nucleation+on+TiO2%2C+ZnO%2C+and+Al2O3+Atomic+Layer+Deposition-Treated+Polymer+Fibers%3A+Role+of+Metal+Oxide+on+MOF+Growth+and+Catalytic+Hydrolysis+of+Chemical+Warfare+Agent+Simulants%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">UiO-66-NH2 Metal–Organic Framework (MOF) Nucleation on TiO2, ZnO, and Al2O3 Atomic Layer Deposition-Treated Polymer Fibers: Role of Metal Oxide on MOF Growth and Catalytic Hydrolysis of Chemical Warfare Agent Simulants.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (51), 44847-44855 (2017).</li>
<li>Spagnola, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2010/jm/c0jm00355g/">Surface and sub-surface reactions during low temperature aluminium oxide atomic layer deposition on fiber-forming polymers.</a> Journal of Materials Chemistry. 20 (20), 4213-4222 (2010).</li>
<li>Nalwa, H. S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aNalwa%2C+HS+%22Handbook+of+low+and+high+dielectric+constant+materials+and+their+applications%22">Handbook of low and high dielectric constant materials and their applications</a>. , Academic Press. (1999).</li>
<li>Mcclure, C. D., Oldham, C., Walls, H., Parsons, G. <a target="_blank" href="http://avs.scitation.org/doi/full/10.1116/1.4817718">Large effect of titanium precursor on surface reactivity and mechanical strength of electrospun nanofibers coated with TiO2 by atomic layer deposition.</a> Journal of Vacuum Science and Technology A. 31 (6), 61506(2013).</li>
<li>Johnson, R. W., Hultqvist, A., Bent, S. F. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702114001436">A brief review of atomic layer deposition: from fundamentals to applications.</a> Materials Today. 17 (5), 236-246 (2014).</li>
<li>Stassen, I., Vos, D. D. e, Ameloot, R. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/chem.201601921/abstract">Vapor-Phase Deposition and Modification of Metal - Organic Frameworks State-of-the-Art and Future Directions.</a> Chemistry: A European Journal. 22 (41), 14452-14460 (2016).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Die ALD-Beschichtung beeinflusst stark die Adhäsion und laden die MOF-Datei. Erstens je nach Substrat und ALD Vorläufer die ALD-Schicht eine ausgeprägte äußere Hülle um die Faser zu bilden oder diffundieren in die Faser einen schrittweisen Übergang zu den Metall-Oxid Beschichtung20erstellen. Die harte Schale wurde auf Baumwolle und Nylon Substraten, beobachtet, während diffusive Schichten aus Polypropylen unter den richtigen Bedingungen beobachtet werden können. Zweitens: die Diffusion in die Fase...

Metall-organische Gerüste sind kristalline Strukturen bestehend aus reaktives Metall Cluster-Zentren durch organisches Molekül Linkers großen Porositäten und Flächen für überbrückt. Ihre Struktur, Porosität und Funktionalität können durch die Wahl geeigneter Cluster und Linker, führt zu Flächen bis zu 7.000 m2/gMOF1,2gestaltet werden. Ihrer hohen Porosität und Fläche haben MOFs vielfältig anwendbar in Adsorption, Trennung und heterogene Katalyse in Bereichen von Energieerzeugung bis hin zu Umweltbelangen auf biologische Prozesse1,3gemacht, 4,5,6.
Zahlreiche MOFs haben sich bewährt in selektiv adsorbierenden, flüchtige organische Verbindungen und Treibhausgase oder katalytisch Chemikalien abgebaut, die schädlich für die menschliche Gesundheit oder die Umwelt sein können. Insbesondere hat MIL-96 (Al) gezeigt, um selektiv zu adsorbieren stickstoffhaltige flüchtige organische Verbindungen (VOC) aufgrund der Verfügbarkeit von Elektronenpaar Elektronen in den Stickstoff-Gruppen zu koordinieren mit schwachen Lewis-Säure Al in Metallclustern7vorhanden. MIL-96 wurde auch gezeigt, zu adsorbieren, Gase wie CO2, p-Xylol und m-Xylol8,9. MOF Adsorption Selektivität ist die Lewis-Säure das Metall Cluster sowie die Porengröße abhängig. Die Porengröße des MIL-96 steigt mit der Temperatur, wodurch erhöhte Aufnahmekapazität des Trimethylbenzene mit steigender Temperatur, und bietet die Möglichkeit des Tunings Selektivität mit Adsorption Temperatur9.
Die zweite MOF der Fokus hier UiO-66-NH2 nachweislich katalytisch chemischer Kampfstoffe (CWA) und Simulanzlösemittel verschlechtern. Die Amingruppe auf der Linker bietet einen synergistischen Effekt in erniedrigender NERVENGASE, Agent Abbauprodukte von binden irreversibel an die Zirkon-Cluster und Vergiftung der MOF-10zu verhindern. UiO-66-NH2 hat katalytisch Dimethyl- p- Nitrophenylphosphate (DMNP) mit einer Halbwertszeit 0,7 Minuten im gepufferten Bedingungen fast 20-mal schneller als seine Basis MOF UiO-6611,12hydrolysiert.
Während diese Adsorption und katalytischen Eigenschaften vielversprechend sind, kann die physische Form des MOFs, in erster Linie die pulvermasse in Plattformen für Gas erfassen und Filtration zu integrieren, ohne bedeutende aufzutragen, die Poren zu verstopfen oder die Verringerung MOF Flexibilität. Eine Alternative ist die Schaffung MOF funktionalisiert Stoffe. MOFs wurden in unzähligen Möglichkeiten, einschließlich Elektrospinnen MOF Pulver/Polymer Schlämme, Klebstoff vermischt, Spray Beschichtung, Solvothermal Wachstum, Mikrowelle Synthesen und eine Schicht für Schicht Wachstum Methode13,14 in das Gewebe aufgenommen , 15 , 16 , 17 , 18. davon Elektrospinnen und Polymer Klebstoffe können dazu führen, blockierte funktionale Websites auf die MOF-Datei wie sie im Polymer, deutlich abnehmende Aufnahmekapazität und Reaktivität gekapselt sind. Darüber hinaus nicht viele dieser Techniken konforme Beschichtungen auf den Fasern aufgrund der Sichtlinie Schwierigkeiten oder schlechte Haftung/Nukleation und die Abhängigkeit von rein elektrostatische Wechselwirkungen zu erstellen. Eine alternative Methode ist die Grundierung der Stoff mit einem Metalloxid, um stärkere Oberfläche Interaktionen mit der MOF-18,-19zu ermöglichen.
Eine Methode der Metall-Oxid-Abscheidung ist atomic Layer Deposition (ALD). ALD ist eine Technik zur Abscheidung winkeltreue Dünnfilme, steuerbare auf atomarer Skala. Das Verfahren nutzt zwei halbe Reaktionen, die nur an der Oberfläche des zu beschichtenden Substrat auftreten. Der erste Schritt ist zu dosieren eine Metall mit Vorläufer, die reagiert mit Hydroxyls auf der Oberfläche, eine Metallated Oberfläche zu verlassen, während überschüssiges Edukt aus dem System gelöscht wird. Den zweiten Edukt ist ein sauerstoffhaltiges Reaktionspartner, in der Regel Wasser, das mit den Metall-Websites bilden ein Metalloxid reagiert. Wieder, überschüssiges Wasser und keine Reaktionsprodukte werden aus dem System gelöscht. Diese wechselnden Dosen und Säuberungen können wiederholt werden, bis die gewünschte Schichtdicke erreicht ist (Abbildung 1). Atomic Layer Deposition ist besonders nützlich, da die kleinen Vapor Phase Vorläufer winkeltreue Filme auf jedem Untergrund von Substraten mit komplexe Topologie, wie Fasermatten ermöglichen. Darüber hinaus können die ALD-Bedingungen für Polymere wie Polypropylen, die Beschichtung in der Faseroberfläche, die einen starken Anker für zukünftige MOF Wachstum20verbreiten.
Die Metall-Oxid-Schicht ermöglicht erhöhte Keimbildung Websites auf die Fasern während der traditionellen Solvothermal-Synthese durch Erhöhung der funktionellen Gruppen und Rauheit18,20. Unsere Fraktion hat zuvor dem Metalloxid ALD Basis gezeigt, daß Schicht effektiv für UiO-6 X, HKUST-1 und andere Synthesen durch verschiedene Routen von Solvothermal, Schicht für Schicht und hydroxy-Double Salz Umwandlung Methoden13,17, 18,21,22,23. Hier zeigen wir zwei Arten der Synthese. Die MIL-Materialien werden durch die Umstellung der Al2O3 ALD Beschichtung direkt auf MOF durch Diffusion der organischen Linker gebildet. Durch Eintauchen eines Al2O3 ALD beschichtete Fasermatte in Trimesic Säurelösung und Heizung, diffundiert der organischen Linker in der Metall-Oxid-Beschichtung Form MIL-96. Dies führt zu einer stark haftende, winkeltreue MOF Beschichtung auf jeden Faseroberfläche. Der zweite Synthese-Ansatz fordert typische UiO-66-NH2 hydrothermale Synthese mit metallischen und organischen Vorstufen, aber fügt ein Metalloxid beschichteten Fasermatte, auf denen die MOF-Datei nucleates. Für beide Ansätze Synthese die daraus resultierenden Produkte bestehen aus winkeltreue Dünnschichten des MOF Kristalle stark das tragende Gewebe eingehalten werden. Im Falle von MIL-96 können diese Filter für die Adsorption von VOC oder Treibhausgase einfließen. UiO-66-NH2 können diese Stoffe einfach leichte Schutzkleidung für Militärpersonal, Ersthelfer und Zivilisten für kontinuierlichen Schutz vor Angriffen der CWA integriert werden.

<table><tbody><tr><td>Trimethylaluminium</td><td>Strem Chemicals</td><td>93-1360</td><td></td></tr><tr><td>hausgemachter ALD-Reaktor</td><td>N/A</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Stickstoffzylinder</td><td>Arc3</td><td>UN1066</td><td></td></tr><tr><td>Trimesinsäure</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>482749-500G</td><td></td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>Koptec</td><td>V1001</td><td></td></tr><tr><td>teflonausgekleideter Autoklav</td><td>PARR Instrument Company</td><td>4760-1211</td><td></td></tr><tr><td>Isotemp-Ofen</td><td>Fisher Scientific</td><td>F47925</td><td></td></tr><tr><td>Zirkonium(IV)-chlorid</td><td>Alfa Aesar</td><td>12104</td><td></td></tr><tr><td>2-Aminoterephthalsäure</td><td>Acros Organics</td><td>278031000</td><td></td></tr><tr><td>N,N-Dimethylformamid</td><td>Fisher Scientific</td><td>D119-4</td><td></td></tr><tr><td>Salzsäure</td><td>Fisher Scientific</td><td>A481-212</td><td></td></tr><tr><td>Polypropylen-Fasermatten</td><td>N/A</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Polyamid-Fasermatten</td><td>N/A</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

solvothermal synthese von mil-96 und uio-66-nh2 auf atomarer ebene hinterlegt metall-oxid-beschichtungen auf fasermatten

Solvothermal Synthesis of MIL-96 and UiO-66-NH2 on Atomic Layer Deposited Metal Oxide Coatings on Fiber Mats

Metall-organischen Frameworks (MOFs), die reaktive Metallclustern und organischen Liganden, so dass für große Porositäten und Flächen enthalten, haben in Gas Adsorption, Trennungen und Katalyse bewährt. MOFs synthetisiert werden am häufigsten als pulvermasse, erfordern zusätzliche Prozesse sie dieses Risiko verringern die Pulver Porosität und Adsorption Kapazität, funktionelle Geräte und Stoffe einzuhalten. Hier zeigen wir eine Methode der ersten Beschichtung Gewebe mit Metall-Oxid-Filme mit atomic Layer Deposition (ALD). Dieser Prozess erstellt winkeltreue Filme von steuerbaren Dicke auf jede Faser und bietet gleichzeitig eine mehr reaktive Oberfläche für die MOF Keimbildung. Durch Eintauchen des ALD beschichteten stoffabschlusses in Lösung während der Solvothermal MOF-Synthese, die MOFs erstellen eine winkeltreue, gut haftende Beschichtung auf den Fasern, wodurch ein MOF funktionalisiert Stoff, ohne zusätzliche Haftung Materialien, die MOF Poren verstopfen können und funktionale Websites. Hier zeigen wir zwei Solvothermal-Synthese-Methoden. Zuerst bilden wir eine MIL-96(Al) Schicht auf Polypropylen-Fasern mit synthetischen Bedingungen, die das Metalloxid in MOF konvertieren. Mit anfänglichen anorganische Filme unterschiedlicher Dicke, ermöglicht Diffusion von der organischen Linker in der anorganischen MOF steuern laden auf dem Stoff. Zweitens führen wir eine Solvothermal Synthese von UiO-66-NH2 in der nucleates die MOF-Datei auf die winkeltreue Metall-Oxid Beschichtung auf Polyamid-6 (PA-6) Fasern, wodurch eine gleichmäßige und winkeltreue Dünnschicht MOF auf dem Stoff. Das entstehende Material direkt in Filtergeräten oder Schutzkleidung eingebaut werden können und die ungeschickt Qualitäten des Loses Puder beseitigen.

Um die MOF/Stoff-Materialien zu beschreiben, skizzieren wir zwei Begriffe, die im Zusammenhang mit gemessenen Fläche. Erstens die projizierte Fläche, cm2projizierte, bezieht sich auf die makroskopische Größe der Stoffmuster, gemessen mit einem Lineal, dh., der Bereich der Probe der Schatten projiziert. Die zweite Fläche von Interesse ist die BET-Oberfläche, berechnet aus einer Stickstoff-Isotherme erhalten bei 77 K. Diese Werte werden in Einheiten von m...

Metall-organischen Frameworks sind wirksam bei der Gasspeicherung und heterogene Katalyse, aber typische Synthese Methoden Ergebnis in loser Puder, die schwer in intelligente Materialien zu integrieren sind. Wir zeigen eine Methode der ersten Beschichtung Stoffe mit ALD Metalloxiden, wodurch winkeltreue Filme von MOF auf den Stoffen während der Solvothermal-Synthese.

Solvothermal Synthese von MIL-96 und UiO-66-NH2 auf atomarer Ebene hinterlegt Metall-Oxid-Beschichtungen auf Fasermatten

Metal-organic frameworks (MOFs), which contain reactive metal clusters and organic ligands allowing for large porosities and surface areas, have proven ...

Diese Methode kann dazu beitragen, Schlüsselfragen im Bereich der metallorganischen Gerüstverbindungen zu beantworten, wie z. B. die Art der Oberflächenkeimbildung und der MOF-Adhäsion. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass während der MOF-Synthese MOF-Filme auf dem Gewebe erzeugt werden, anstatt dass zusätzliche Verarbeitungsschritte erforderlich sind, um MOF an der Faser zu haften. Das Verfahren wird von Dennis Lee, einem Doktoranden aus meinem Labor, demonstriert.Legen Sie zunächst eine PA-6-Gewebeprobe in ein Reaktorschiffchen. Öffnen Sie das Manometer des ALD-Reaktors und entfernen Sie den Verschluss von der Reaktorkappe. Aktivieren Sie als Nächstes die manuelle Steuerung im Lab-Ansichtssystem.Schließen Sie den Trägerstickstoff und den Absperrschieber am ALD-Reaktor. Öffnen Sie dann den Entlüftungsstickstoff. Der Reaktor öffnet sich und die Kappe fällt ab.Nachdem Sie die Reaktorkappe entfernt haben, laden Sie die Gewebeprobe in den ALD-Reaktor. Setzen Sie die Reaktorkappe wieder auf. Öffnen Sie dann den Absperrschieber.Öffnen Sie anschließend den Trägerstickstoff und schließen Sie die Entlüftung. Deaktivieren Sie dann die manuelle Steuerung. Laden Sie das Rezept

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Research

Forschung

JoVE Journal

Chemistry

Chemie

Wir beschreiben die Verwendung von Pulsed Laser Deposition (PLD), Photolithographie und Draht-Bonding-Techniken, um komplexe Oxide Mikrometerskala Geräte zu erstellen. Die PLD wird genutzt, um epitaktischen dünnen Schichten wachsen. Photolithographie und Draht-Bonding-Techniken eingeführt, um praktische Geräte zur Messung Zwecke erstellen.

Herstellung von räumlich getrennter komplexe Oxide

Wir berichten über eine einfache Methode zur Herstellung einer Ultrahochvakuum Dichte Anordnung von vertikal bestellt kleinen molekularen organischen Nanodrähte. Diese Methode ermöglicht eine Synthese von komplexen heterostructured Hybrid Nanodraht Geometrien, die kostengünstig auf beliebigen Substraten gezüchtet werden können. Diese Strukturen haben potentielle Anwendungen in der organischen Elektronik, Optoelektronik, chemischen Sensorik, Photovoltaik und Spintronik.

Ultrahigh Density Array von vertikal ausgerichteten Klein-molekulare organische Nanodrähte auf beliebige Untergründe

Verschiedene Verfahren werden beschrieben, um atomar definierten Vorlagen Epitaxieausrüstung komplexer Oxiddünnschichten vorzubereiten. Chemische Behandlungen von einkristallinen SrTiO 3 (001) und DyScO 3 (110) Substrate wurden durchgeführt, um atomar glatte, Einzelterminierten Oberflächen zu erhalten. Ca 2 Nb 3 O 10 - Nanoschichten wurden verwendet, um atomar definierten Vorlagen auf beliebigen Substraten zu schaffen.

Atomar definierte Vorlagen Epitaxieausrüstung komplexer Oxide Thin Films

Ein "abnehmbares keramisches Beschichtungsverfahren" wird in visueller Form für die Synthese von nicht gesinterten und metallterminierten monometallischen und bimetallischen Metallcarbid- und Nitrid-Nanopartikeln mit einstellbaren Größen und Kristallstrukturen vorgestellt.

Umkehrmikroemulsion-vermittelte Synthese von Monometallische und Bimetall frühes Übergangsmetall Carbide und Nitride Nanopartikel

Die Synthese von hochwertigen Bulk und Dünnschicht (Mg0.25(1-x)CoXNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x)) O und (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuXZn0.25(1-x ()) O Entropie-stabilisierten Oxide vorgestellt.

Bulk- und Dünnschicht-Synthese von kompositorisch Variante Entropie-stabilisierten Oxide

Eine einfache, reproduzierbare und vielseitigen Ansatz für die Synthese von verwachsenen, polykristallinen Metall-organischen Rahmen Membranen auf eine Vielzahl von unveränderten porösen und nicht porösen unterstützt wird vorgestellt.

Elektrophoretische Kristallisation von ultradünnen Hochleistungs-Metall-organischen Rahmen Membranen

Die Verwendung der FTIR-Spektroskopie zur Untersuchung der Oberflächeneigenschaften polykristalliner Feststoffe wird beschrieben. Es werden die Vorbereitung von Probenpellets, Aktivierungsverfahren, die Charakterisierung mit Sondenmolekülen und Modellstudien zur CO2-Adsorption diskutiert.

In situ FTIR Spektroskopie als Werkzeug zur Untersuchung von Gas/Feststoff-Wechselwirkungen: Wasserverstärkte CO2-Adsorption in UiO-66 Metal-Organic Framework

In dieser Arbeit demonstrieren wir ein Protokoll für die zweistufige Synthese von einkristallinen Kernschalen unter Verwendung eines nicht-isostrukturellen Metall-organischen Gerüstpaars (MOF), HKUST-1 und MOF-5, die gut aufeinander abgestimmte Kristallgitter aufweisen.

Synthese von einkristallinen metallorganischen Kern-Schale-Gerüstverbindungen

Ein Protokoll für die Synthese und Charakterisierung von selbstorganisierten metallorganischen Gerüst-Monoschichten wird unter Verwendung von polymergepfropften, metallorganischen Gerüstkristallen (MOF) erstellt. Das Verfahren zeigt, dass polymergepfropfte MOF-Partikel an einer Luft-Wasser-Grenzfläche selbstorganisiert werden können, was zu gut geformten, freistehenden Monolagenstrukturen führt, wie die Rasterelektronenmikroskopie zeigt.

Synthese und Charakterisierung von selbstorganisierten metallorganischen Gerüstmonolagen unter Verwendung polymerbeschichteter Partikel

Dieses Protokoll beschreibt die Synthese, Hämoglobin-Einkapselung und Oberflächen-PEGylation hierarchisch poröser UiO-66-Nanopartikel, die für die Sauerstoffabgabe entwickelt wurden. Das Verfahren kombiniert Defekttechnik mit dehnungsgeförderter biorthogonaler Konjugation, um hochdurchlässige und physiologisch stabile Träger zu erzeugen, die für biomedizinische Anwendungen geeignet sind.

Synthese, Hämoglobinkapselung und biorthogonale PEGylation in hierarchisch porösen UiO-66-Nanopartikeln für Anwendungen zur Sauerstoffabgabe

In diesem Artikel stellen wir die Herstellung von MOF-Gelatine-Hydrogelen vor, die von den thermoreversiblen Eigenschaften der Gelatine profitieren, die mit ihrer Phasentrennung durch Koacervation verbunden sind. Diese Hydrogel-Verbundstoffe weisen eine hohe MOF-Belastung, große Porosität und eine gute räumliche Verteilung von MOF-Partikeln innerhalb der Gelatinematrix auf.

Herstellung von metall-organischen Gelatine-Hydrogelen durch Koacervation

Lernen Sie die solvothermale Synthese von MOF-Filmen auf ALD-beschichteten Fasermatten für Materialwissenschaft und Katalyse. Diese Methode ermöglicht konforme Metall-organische Gerüste ohne zusätzliche Verarbeitungsschritte.

Solvothermal Synthese von MIL-96 und UiO-66-NH₂ auf atomarer Ebene hinterlegt Metall-Oxid-Beschichtungen auf Fasermatten

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