Name: Síntesis de Solvothermal de 96 MIL y UiO-66-NH2 de capa atómica deposita recubrimientos de óxido de Metal en esteras de la fibra (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-06-13T14:45:00.000+00:00
Duration: 6 min
Description: Aprende a sintetizar recubrimientos conformes de estructuras metal-orgánicas en tejidos mediante deposición de capa atómica y síntesis solvotermal. Este método simplifica la integración de MOFs en materiales inteligentes.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Los autores agradecen a sus colaboradores en RTI International, nos soldado de Natick del ejército RD & E Center y producto químico de Edgewood y centro biológico. También gracias a su fuente de financiamiento, la Agencia de reducción de amenaza de defensa.

1. deposición de capa atómico (ALD) de Al2O3 en esteras de la fibra
<ol><li>Coloque una muestra de tejido de polipropileno de 2.54 x 2.54 cm2 en el barco de reactor (un soporte de malla fina, rígida, metálica). Un esquema del reactor se presenta en la figura 2.</li>
	<li>Abrir el manómetro de presión. Quite el cierre de la tapa del reactor. Activar control manual en el sistema de LabView. Cierre la válvula de nitrógeno y la puerta de portador en el reactor ALD. Abra el nitrógeno de la ventilación.</li>
	<li>Después de quitar la tapa del reactor, la carga la muestra de la tela en el reactor ALD. Vuelva a colocar la tapa del reactor y abra la válvula de compuerta. Cierre la rejilla de ventilación y abra el nitrógeno portador. Apague el control manual.</li>
	<li>Cargar la receta de Al2O3 en los tejidos. La receta será alternativamente dosis trimethylaluminum (TMA) para 1.2 s, seguido por un nitrógeno seco de 30 s de purga o dosis de agua para 1 s seguido por un nitrógeno seco de 60 s de purga. Ajustar la receta a ejecutar 1000 ciclos.</li>
	<li>Ajuste el regulador de flujo de masa a 20 cfm y la temperatura del horno a 90 ° C (84 ° C en la interfaz de horno).</li>
	<li>Abrir la válvula manual para el TMA y el agua. Cerrar el manómetro de presión. Vuelva a colocar el cierre en la tapa del reactor. Pulse Inicio en la interfaz.</li>
	<li>Al terminar la receta, abrir el manómetro de presión. Quite el cierre de la tapa del reactor. Activar control manual en el sistema. Cierre la válvula de nitrógeno y la puerta de portador en el reactor ALD. Abra el nitrógeno de la ventilación.</li>
	<li>Sacar el barco de cap y la muestra del reactor. Volver a cerrar el reactor. Nota: El procedimiento puede hacer una pausa en este punto.</li>
</ol>2. deposición de capa atómica (ALD) de TiO2 en esteras de fibra de poliamida 6 (PA-6)
<ol><li>Coloque una muestra de la tela de 2.54 x 2.54 cm2 PA-6 en el barco de reactor (un soporte de malla fina, rígida, metálica).</li>
	<li>Abrir el manómetro de presión. Quite el cierre de la tapa del reactor. Activar control manual en el sistema de LabView. Cierre la válvula de nitrógeno y la puerta de portador en el reactor ALD. Abra el nitrógeno de la ventilación.</li>
	<li>Después de quitar la tapa del reactor, la carga la muestra de la tela en el reactor ALD. Vuelva a colocar la tapa del reactor y abra la válvula de compuerta. Cierre la rejilla de ventilación y abra el nitrógeno portador. Apague el control manual.</li>
	<li>Cargar la receta del TiO2 en telas. La receta será alternativamente dosis de TiCl4 1 s, seguido por un 40 s seca de nitrógeno purga o dosis de agua para 1 s seguido por un nitrógeno seco de 60 s de purga. Ajustar la receta a ejecutar 300 ciclos.</li>
	<li>Ajuste el regulador de flujo de masa a 20 cfm y la temperatura del horno a 90 ° C (84 ° C en la interfaz de horno).</li>
	<li>Abrir la válvula manual para el agua y TiCl4 . Cerrar el manómetro de presión. Vuelva a colocar el cierre en la tapa del reactor. Pulse Inicio en la interfaz.</li>
	<li>Al terminar la receta, abrir el manómetro de presión. Quite el cierre de la tapa del reactor. Activar control manual en el sistema. Cierre la válvula de nitrógeno y la puerta de portador en el reactor ALD. Abra el nitrógeno de la ventilación.</li>
	<li>Sacar el barco de cap y la muestra del reactor. Volver a cerrar el reactor. Nota: El procedimiento puede hacer una pausa en este punto.</li>
</ol>3. Solvothermal síntesis de 96 MIL
<ol><li>Añadir a un vaso de precipitados de vidrio de 80 mL 0,0878 g de H3BTC.</li>
	<li>Agregar 12 mL de H2O y 12 mL de etanol en el vaso.</li>
	<li>Agitar magnéticamente durante 10 minutos o hasta que el H3BTC se haya disuelto completamente.</li>
	<li>Coloque la solución en un recipiente a presión forrado de teflón.</li>
	<li>Añadir Al2O3 recubierto de polipropileno a la solución y apoyar a la tela sobre un soporte de malla por lo que no está plana contra el fondo del recipiente.</li>
	<li>Sellar el recipiente del reactor y coloque en el horno a 110 ° C durante 24 h.</li>
	<li>Después de permitir que la muestra se enfríe, coloque la muestra de la tela en una cesta de malla en un vaso de precipitados. Lavar dos veces con etanol, cada 12 h.</li>
	<li>Muestra la activación requiere calentamiento a 85 ° C por 6 h bajo vacío, seguido por calentamiento a 110 ° C por 12 h en vacío. Nota: El procedimiento se puede parar aquí. Todas las muestras deben guardarse en un desecador para mantener la activación de la muestra.</li>
</ol>4. Solvothermal síntesis de UiO-66-NH2
<ol><li>Añadir a un vial de centelleo de vidrio de 20 mL 0,08 g de ZrCl4 .</li>
	<li>Añadir 20 mL de N, N-dimetilformamida (DMF) ZrCl4 en incrementos de 5 mL. Tapa el frasco entre incrementos y permitir que los vapores que se disipe.</li>
	<li>Someter a ultrasonidos la solución durante 1 minuto.</li>
	<li>Agregar 0,062 g de ácido 2-aminoterephthalic al vial y agitar magnéticamente la solución durante 5 minutos.</li>
	<li>Añada 25 μl de agua desionizada al frasco.</li>
	<li>Añadir 1,33 mL de HCl concentrado al frasco.</li>
	<li>Sumerja la muestra de tela revestida de ALD de TiO2 en la solución y la tapa del frasco.</li>
	<li>Coloque la muestra en el horno a 85 ° C durante 24 h.</li>
	<li>Después de permitir que la muestra se enfríe, coloque la muestra de la tela en una cesta de malla en un vaso de precipitados. Lavar dos veces con 80 mL de DMF, cada 12 h. lavado 3 veces con 80 mL de etanol, cada 12 h.</li>
	<li>Después de retirar la muestra de la tela, filtrar el polvo residual de MOF. Lavar dos veces con 80 mL de DMF, cada 12 h. lavado 3 veces con 80 mL de etanol, cada 12 h.</li>
	<li>Muestra la activación requiere calentamiento a 85 ° C por 6 h bajo vacío, seguido por calentamiento a 110 ° C por 12 h en vacío. Nota: El procedimiento se puede parar aquí. Todas las muestras deben guardarse en un desecador para mantener la activación de la muestra.</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>

Los autores no tienen nada que revelar.

La capa de ALD influye fuertemente en la adherencia y la carga de la MOF. En primer lugar, dependiendo del tipo de sustrato y ALD precursor, la capa ALD puede formar una distinta capa exterior alrededor de la fibra, o difuso en la fibra para crear una transición gradual a la capa de óxido de metal20. La cáscara dura se ha observado en sustratos de algodón y nylon, mientras que se observan capas difusas de polipropileno bajo condiciones apropiadas. En segundo lugar, la difusión en la fibra también ...

Armazones metal-orgánicos son estructuras cristalinas consisten en centros de cluster metal reactivo por enlazadores de molécula orgánica para proporcionar gran porosidad y superficie. Su estructura, la porosidad y la funcionalidad pueden diseñarse seleccionando grupos apropiados y enlazadores, llevando a las superficies hasta 7.000 m2/gMOF1,2. Su alta porosidad y área superficial han hecho MOF diverso aplicable en adsorción, separación y catálisis heterogénea en campos que van desde producción de energía a las preocupaciones ambientales a procesos biológicos1,3, 4,5,6.
MOF numerosos ha demostrado éxito en absorber selectivamente los compuestos orgánicos volátiles y gases de efecto invernadero o catalítico degradar productos químicos que puedan resultar perjudiciales para la salud humana o el medio ambiente. En particular, MIL-96 (Al) ha demostrado para absorber selectivamente nitrogenados compuestos orgánicos volátiles (COV) debido a la disponibilidad de electrones de par solitario de los grupos del nitrógeno para coordinar con el débil Lewis ácido Al presente en los grupos metal7. 96 MIL también se ha demostrado para adsorber gases como el CO2, p-xileno y m-xileno8,9. Selectividad de adsorción MOF es dependiente sobre el ácido de Lewis del cluster metal, así como tamaño del poro. El tamaño del poro de 96 MIL aumenta con la temperatura, dando por resultado la capacidad de adsorción mayor de trimetilbenceno con temperatura creciente y presenta la oportunidad de templar selectividad de adsorción temperatura9.
El segundo MdeF de enfoque aquí, UiO-66-NH2 ha demostrado catalítico degradan agentes de guerra química (CWAs) y simuladores. El grupo de la amina en el vinculador proporciona un efecto sinérgico en la degradación de agentes de nervio, evitando productos de la degradación del agente por Unión irreversible a los clusters de circonio y envenenamiento con el MOF10. UiO-66-NH2 ha catalítico hidrolizados dimetil p- nitrophenylphosphate (DMNP) con una vida media corta como 0,7 minutos en condiciones tamponadas, casi 20 veces más rápido que su base MOF UiO-6611,12.
Mientras estos adsorción y propiedades catalíticas son prometedores, la forma física de la MOF, principalmente polvo a granel, puede ser difícil de incorporar en las plataformas para la captura de gases y filtración sin adición significativa a granel, obstruir los poros y reducir la MOF flexibilidad. Una alternativa es crear a tejidos MOF funcionalizado. MOF se han incorporado en telas en infinidad de formas, incluyendo mezclas de polvo/polímero MOF electrospinning, mezclas adhesivas, capa, solvothermal crecimiento, síntesis de microondas y un método de crecimiento de la capa por capa13,14 de aerosol , 15 , 16 , 17 , 18. de estas, electrospinning y polímeros adhesivos pueden resultar en sitios bloqueados funcionales en el MOF como se encapsulan en el polímero, disminuyendo significativamente la capacidad de adsorción y reactividad. Además, muchas de estas técnicas no crear recubrimientos de conformación de las fibras debido a dificultades de visión o mala adherencia/nucleación y la dependencia de las interacciones puramente electrostáticas. Un método alternativo es la primera capa de la tela con un óxido de metal para permitir interacciones superficiales más fuerte con el MOF18,19.
Un método de deposición de óxido de metal es deposición atómica de la capa (ALD). ALD es una técnica para depositar películas delgadas conformales, controlables a la escala atómica. El proceso utiliza dos medias reacciones que ocurren sólo en la superficie del substrato a revestir. El primer paso es un metal que contienen precursores, que reacciona con hidróxilos en la superficie, dejando una superficie de metallated mientras que el reactivo sobrante es purgado del sistema de la dosis. El segundo reactivo es un reactivo que contiene oxígeno, por lo general agua, que reacciona con los sitios de metal para formar un óxido de metal. Una vez más, el exceso de agua y los productos de reacción se purgaron del sistema. Pueden repetirse estas dosis alternadas y purgas hasta logra el espesor deseado de la película (figura 1). Deposición de capa atómica es especialmente útil porque los precursores de la fase de vapor en pequeña escala permiten películas conformales en cada superficie de sustratos con topología compleja, como esteras de la fibra. Además, para polímeros como el polipropileno, las condiciones ALD permite que la capa que se difunden en la superficie de la fibra, proporcionando un anclaje fuerte para el futuro crecimiento de MOF20.
La capa de óxido de metal permite sitios de nucleación mayor en las fibras durante la síntesis de solvothermal tradicional mediante el aumento de grupos funcionales y rugosidad18,20. Nuestro grupo ha demostrado previamente el óxido de metal ALD base capa es eficaz para UiO-6 X, HKUST-1 y otras síntesis a través de varias rutas de solvothermal, capa por capa y sal de hidroxi-doble conversión métodos13,17, 18,21,22,23. Aquí muestran dos tipos de síntesis. Los materiales MIL se forman mediante la conversión de la capa de ALD Al2O3 directamente a MdeF por difusión de vinculador orgánico. Sumergiendo Al2O3 ALD recubierto fibra mat en solución ácido trimesic y calefacción, el vinculador orgánico se difunde en la capa de óxido de metal para formar MIL 96. Esto resulta en una capa de MOF fuertemente adherida, conforme en cada superficie de la fibra. El segundo enfoque de síntesis requiere típico UiO-66-NH2 hidrotermal síntesis mediante precursores metálicos y orgánicos, pero agrega una estera de fibra recubierto de óxido de metal que nuclea el MdeF. Para ambos métodos de síntesis, los productos resultantes consisten en conformación de películas delgadas de MOF cristales fuertemente adhirieron a la tela de soporte. En el caso de MIL-96, estos pueden incorporarse filtros de adsorción de compuestos orgánicos volátiles o gases de efecto invernadero. Para UiO-66-NH2 estas telas pueden fácilmente incorporarse ligero ropa protectora para personal militar, socorristas y civiles de defensa continua contra ataques CWA.

<table><tbody><tr><td>trimetilaluminio</td><td>Strem Chemicals</td><td>93-1360</td><td></td></tr> reactor <tr><td>ALD de fabricación casera</td><td>N/A</td><td></td><td></td></tr><tr><td>cilindro de nitrógeno</td><td>Arc3</td><td>UN1066</td><td></td></tr><tr><td>ácido trimésico</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>482749-500G</td><td></td></tr><tr><td>etanol</td><td>Koptec</td><td>V1001</td><td></td></tr><tr><td>autoclave revestido de teflón</td><td>PARR Instrument Company</td><td>4760-1211</td><td></td></tr><tr><td>horno isotemp</td><td>Fisher Scientific</td><td>F47925</td><td></td></tr><tr><td>Cloruro de circonio (IV)</td><td>Alfa Aesar</td><td>12104</td><td></td></tr><tr><td>Ácido 2-aminotereftálico</td><td>Acros Organics</td><td>278031000</td><td></td></tr><tr><td>N,N-dimetilformamida</td><td>Fisher Scientific</td><td>D119-4</td><td></td></tr><tr><td>Ácido clorhídrico</td><td>Fisher Scientific</td><td>A481-212</td><td></td></tr><tr><td>Esteras de fibra de polipropileno</td><td>N/A</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Esteras de fibra de poliamida</td><td>N/A</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

síntesis de solvothermal de 96 mil y uio-66-nh2 de capa atómica deposita recubrimientos de óxido de metal en esteras de la fibra

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

Armazones metal-orgánicos (MOF), que contienen reactivos grupos metal y ligandos orgánicos permitiendo grandes porosidades y superficies, han demostrado ser eficaces en catálisis, separaciones y adsorción de gases. MOF se sintetiza más comúnmente como polvo a granel, que requieren procesos adicionales les adherirse a tejidos y aparatos funcionales riesgo disminuyendo la capacidad de la porosidad y absorción de polvo. Aquí, demostramos un método de primera telas de recubrimiento con películas de óxido de metal usando la deposición de capa atómica (ALD). Este proceso crea películas conformales de espesor controlable en cada fibra, mientras que proporciona una superficie más reactiva para nucleación de MOF. Sumergiendo la tela revestida de ALD en solución durante la síntesis de MOF solvothermal, el MOF crea una capa conformal, bien adherida en las fibras, dando como resultado una tela MOF funcionalizados, sin materiales de adherencia adicional que puede bloquear los poros MOF y sitios funcionales. Aquí muestran dos métodos de síntesis de solvothermal. En primer lugar, forma una capa de MIL-96(Al) en fibras de polipropileno sintético condiciones que convierten el óxido de metal en MOF. Utilizando películas inorgánico iniciales de diferentes espesores, difusión del vinculador orgánico a la inorgánica nos permite controlar el grado de MOF cargando en la tela. En segundo lugar, realizamos una síntesis de solvothermal de UiO-66-NH2 que nuclea el MOF en el óxido de metal conformal de la capa de fibras de poliamida 6 (PA-6), produciendo una capa delgada uniforme y conformal de MOF en la tela. Los materiales resultantes pueden ser incorporados directamente en dispositivos de filtro o ropa de protección y eliminan las cualidades maladroit de polvo suelto.

Para describir los materiales MOF/tela, delinean dos términos relacionados con la medida superficie. En primer lugar, proyectada de superficie,proyectadocm de2, se refiere al tamaño macroscópico de la muestra de la tela según lo medido con una regla, es decir., el área de la muestra de proyecta sombra. La segunda superficie de interés es el área superficial BET, calculado a partir de una isoterma de nitrógeno obtenido en 77 K. Estos valores están dados en un...

Armazones metal-orgánicos son eficaces en el almacenamiento de gas y catálisis heterogénea, sino resultado de métodos de síntesis típica en polvos sueltos que son difíciles de incorporar materiales inteligentes. Demostrar un método de primera capa las telas con óxidos metálicos de ALD, dando como resultado películas conformales de MOF en los tejidos durante la síntesis de solvothermal.

Síntesis de Solvothermal de 96 MIL y UiO-66-NH2 de capa atómica deposita recubrimientos de óxido de Metal en esteras de la fibra

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

Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de las estructuras orgánicas metálicas, como la naturaleza de la nucleación superficial y la adhesión MOF. La principal ventaja de esta técnica es que produce películas de MOF en la tela durante la síntesis de MOF en lugar de requerir pasos de procesamiento adicionales para adherir MOF a la fibra. Dennis Lee, un estudiante de posgrado de mi laboratorio, demostrará el procedimiento.Primero, coloque una muestra de tela PA-6 en un bote de reactor. Abra el manómetro del reactor ALD y retire el cierre de la tapa del reactor. A continuación, active el control manual en el sistema de vista de laboratorio.Cierre la válvula de compuerta y nitrógeno portador en el reactor ALD. A continuación, abra el respiradero de nitrógeno. El reactor se abrirá y la tapa se caerá.Después de quitar la tapa del reactor, cargue la muestra de tela en el reactor ALD. Vuelva a colocar la tapa del reactor. A continuación, abra la válvula de compuerta.Después de esto, abra el portador de nitrógeno y cierre la ventilación. A continuación, apague el control manual. Cargue la receta del óxido de titanio en las telas.Configure la receta para que se ejecute en 300 ciclos. A continuación, configure el controlador de flujo másico a 20 pies cúbicos por minuto y la temperatura del horno a 90 grados Celsius. Abra la válvula manual al tetracloruro de titanio y al agua.Cierre el manómetro y vuelva a colocar el broche de la tapa del reactor. A continuación, pulse iniciar en la interfaz. Al finalizar la receta, abra el manómetro.Retire el cierre de la tapa del reactor. A continuación, active el control manual en el sistema. A continuación, cierre la válvula portadora de nitrógeno y de compuerta en el reactor ALD.A continuación, abra el respiradero de nitrógeno. El reactor se abrirá y la tapa se caerá. Retire el bote de muestras.Vuelva a sellar el reactor. Agregue 0,0878 gramos de ácido trimésico a un vaso de precipitados de vidrio de 80 mililitros. Agregue 12 mililitros de agua y 12 mililitros de etanol al vaso de precipitados.Luego agregue una barra magnética a la solución y revuelva hasta que el ácido trimésico se disuelva por completo. A continuación, coloque la solución en un recipiente a presión revestido de teflón. Agregue polipropileno codificado con óxido de aluminio previamente preparado a la solución y apoye la tela en un soporte de malla para que no quede plana contra el fondo del recipiente.Después de esto, selle el recipiente a presión y colóquelo en el horno a 110 grados centígrados durante 24 horas. Agregue 0,08 gramos de cloruro de circonio a un vial de centelleo de vidrio de 20 mililitros. Agregue 20 mililitros de DMF al cloruro de circonio en incrementos de cinco mililitros.Tape el vial entre incrementos y deje que los vapores se disipen. A continuación, sonique la solución durante un minuto. Agregue 0,062 gramos de ácido 2-aminotereftálico y un remover magnéticamente al vial.Revuelve la solución durante cinco minutos. Después de remover, agregue 25 microlitros de agua desionizada al vial. A continuación, añada 1,33 mililitros de ácido clorhídrico concentrado al vial.Ahora sumerja la muestra de tela codificada en ALD de dióxido de titanio en la solución y tape el vial. Finalmente, coloque la muestra en el horno a 85 grados centígrados durante 24 horas. La microscopía electrónica de barrido mostró películas delgadas de cristal MOF conformadas en todas las fibras que se asemejaban a un patrón de adoquines.Cuando se redujo el óxido de aluminio, la película comenzó a romperse a medida que se formaba el MOF, lo que resultó en una codificación irregular. Una muestra de polipropileno desnudo se expuso a condiciones de síntesis de MIL-96, pero XRD no mostró MOF detectable en las fibras. Las imágenes transversales revelaron que la capa base de óxido de aluminio de 500 ciclos reaccionó completamente, mientras que una fracción de la capa base de óxido de aluminio permaneció para las muestras de 1.000 y 2.000 ciclos.Aquí se muestran las secciones transversales del polipropileno codificado con ALD de óxido de aluminio. Las imágenes de espectroscopia de dispersión electrónica de la sección transversal revelaron el núcleo de polipropileno a base de carbono y la carcasa predominantemente de óxido de aluminio. Aquí se muestran los patrones XRD de la tela codificada con MOF que coinciden con el patrón PXRD simulado de MIL-96.Después de la síntesis solvotérmica de MOF, los patrones XRD revelaron que UIO-66-amina estaba presente en las fibras. Las imágenes SEM mostraron codificaciones MOF escamosas en las muestras de 50 grados Celsius, codificaciones MOF densas en las muestras de 90 grados Celsius y codificaciones MOF dispersas en las muestras de 200 grados Celsius. Una muestra no codificada de PA-6 se expuso a condiciones de síntesis de UIO-66-amina, lo que dio lugar a una codificación MOF relativamente escasa.Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo producir películas MOF conformadas en sustratos codificados ALD.

solvothermal-synthesis-mil-96-uio-66-nh2-on-atomic-layer-deposited

Research

Investigación

JoVE Journal

Chemistry

Química

Se presenta en formato visual un "método de recubrimiento cerámico removible" para la síntesis de nanopartículas de carburo y nitruro de metales de transición temprana monometálicos y bimetálicos no sinterizados y terminados en metal con tamaños ajustables y estructuras cristalinas.

Síntesis microemulsión inversa mediada de monometálicos y bimetálico temprana de metal de transición de carburo y nitruro de nanopartículas

Se presenta un protocolo para la fabricación de andamios porosos, nanoestructurado estabilizada con itria-zirconia (YSZ) a temperaturas entre 1000 ° C y 1400 ° C.

Alta Fabrication Temperatura de-estabilizada con itria-óxido de circonio andamios nanoestructurados (YSZ) por<em&gt; In Situ</em&gt; carbono Templating xerogeles

Se presenta un enfoque simple, reproducible y versátil para la síntesis de membranas de marco metal-orgánico de policristalino pegados, en una amplia gama de poroso y soportes no porosos.

Electroforético cristalización de membranas ultrafinas marco Metal-orgánico de alto rendimiento

Aquí, demostramos un método de síntesis única, relativamente baja temperatura, sales fundidas para la preparación de nanopartículas de óxido de metal complejo uniforme lantano hafnate.

Sales fundidas síntesis de nanopartículas de óxidos metálicos complejos

Se describe el uso de espectroscopia FTIR para la investigación de las propiedades superficiales de los sólidos policristalinos. Se discuten la preparación de pellets de muestra, procedimientos de activación, caracterización con moléculas de sonda y estudios de modelos de adsorción de CO2.

In situ Espectroscopia FTIR como herramienta para la investigación de la interacción gas/sólido: Adsorción de CO2 mejorada con agua en el marco metal-orgánico UiO-66

Aquí, demostramos un protocolo para la síntesis en dos pasos de núcleos monocristalinos utilizando un par de marcos metal-orgánicos (MOF) no isoestructurales, HKUST-1 y MOF-5, que tienen redes cristalinas bien emparejadas.

Síntesis de estructuras metal-orgánicas de núcleo monocristalino

El intercambio de ligandos postsintéticos (PSE) es una herramienta versátil y poderosa para instalar grupos funcionales en estructuras metal-orgánicas (MOF). La exposición de MOF a soluciones que contienen ligandos funcionalizados con triazol y tetrazol puede incorporar estas fracciones heterocíclicas en Zr-MOF a través de procesos PSE.

Síntesis de estructuras metal-orgánicas basadas en Zr funcionalizadas con triazol y tetrazol a través del intercambio de ligandos postsintéticos

Se proporciona un protocolo para la síntesis y caracterización de monocapas de estructura metal-orgánica autoensambladas utilizando cristales de estructura metal-orgánica (MOF) injertados en polímeros. El procedimiento muestra que las partículas de MOF injertadas en polímeros pueden autoensamblarse en una interfaz aire-agua, lo que da como resultado estructuras monocapa independientes y bien formadas, como lo demuestran las imágenes de microscopía electrónica de barrido.

Síntesis y caracterización de monocapas metal-orgánicas autoensambladas utilizando partículas recubiertas de polímeros

Este protocolo detalla la síntesis, encapsulación de hemoglobina y PEGilación superficial de nanopartículas jerárquicamente porosas de UiO-66 diseñadas para la entrega de oxígeno. El procedimiento combina ingeniería de defectos con conjugación biortogonal promovida por deformación para generar portadores altamente permeables y fisiológicamente estables, adecuados para aplicaciones biomédicas.

Síntesis, encapsulación de hemoglobina y PEGilación biortogonal en nanopartículas UiO-66 jerárquicamente porosas para aplicaciones de suministro de oxígeno

En este artículo, presentamos la preparación de hidrogeles MOF-gelatina que se benefician de las propiedades termorreversibles de la gelatina, asociadas a su separación de fases por coacervación. Estos compuestos hidrogel presentan una alta carga de MOF, gran porosidad y una buena distribución espacial de las partículas de MOF dentro de la matriz de gelatina.

Preparación de Estructuras Metal-Orgánicas-Hidrogeles mediante Coacervación

Aprende a sintetizar recubrimientos conformes de estructuras metal-orgánicas en tejidos mediante deposición de capa atómica y síntesis solvotermal. Este método simplifica la integración de MOFs en materiales inteligentes.

Síntesis de Solvothermal de 96 MIL y UiO-66-NH2 de capa atómica deposita recubrimientos de óxido de Metal en esteras de la fibra (Video) | JoVE Journal

Síntesis de Solvothermal de 96 MIL y UiO-66-NH₂ de capa atómica deposita recubrimientos de óxido de Metal en esteras de la fibra

Explorar más videos