Fonctionnalisation de surface des cadres métallo-organiques pour la résistance à l’humidité amélioré

Résumé

Revêtements de catéchol fonctionnelle robuste ont été produites en une seule étape par réaction directe du matériel connu comme HKUST avec catéchols synthétiques dans des conditions anaérobies. La formation des revêtements homogènes qui entoure le cristal ensemble est attribuée à l’activité catalytique biomimétique de dimères de Cu (II) sur la surface extérieure des cristaux.

Résumé

Les cadres métallo-organiques (MOF) sont une classe de matériaux inorganiques poreux avec des propriétés prometteuses dans le stockage de gaz et de séparation, de catalyse et de télédétection. Toutefois, la question principale limite leur application est leur faible stabilité en conditions humides. Les méthodes courantes de surmonter ce problème impliquent la formation de liaisons métal-linker fortes en utilisant fortement chargée de métaux, qui est limitée à un certain nombre de structures, l’introduction des groupes alkylic au cadre par une modification post synthétique (PSM) ou dépôt par vapeur chimique (CVD) afin d’améliorer l’hydrophobicité globale du cadre. Ces deux derniers provoque généralement une réduction drastique de la porosité du matériau. Ces stratégies ne permettent pas d’exploiter les propriétés de la MOF déjà disponible et il est impératif de trouver de nouvelles méthodes pour améliorer la stabilité du MOF dans l’eau tout en conservant leurs propriétés. Ici, nous présentons une méthode originale pour améliorer la stabilité de l’eau des cristaux MOF avec Cu₂(O₂C)₄ roues à aubes unités, telles que HKUST (où HKUST représente Hong Kong University of Science & Technology), avec les catéchols fonctionnalisés avec des chaînes alkyles et fluoro-alkyle. En prenant avantage des sites métalliques non saturés et l’activité catalytique des ions Cu^II catecholase, nous sommes en mesure de créer des revêtements hydrophobes robustes grâce à l’oxydation et la polymérisation subséquente des unités catéchol sur la surface de la cristaux dans des conditions anaérobies et sans eau, sans perturber la structure sous-jacente du cadre. Cette approche non seulement offre le matériau avec la stabilité améliorée de l’eau, mais permet également de contrôler les fonctions de la couche protectrice, ce qui permet le développement des revêtements fonctionnels pour l’adsorption et séparations de composés organiques volatils . Nous sommes convaincus que cette approche pourrait également être étendue aux autres MOF instable mettant en vedette des sites ouverts de métal.

Introduction

Les cadres métallo-organiques sont une classe de matériaux poreux cristallins, construit à partir des composants inorganiques métalliques, généralement appelées unités bâtiment secondaire (SBUs), maintenues ensemble par des ligands organiques polytopiques par le biais de liaisons de coordination. L’auto-assemblage de ces SBUs avec les linkers organiques permet la formation de longues structures poreuses 3D avec des surfaces très élevés et des applications prometteuses dans les domaines de stockage et la séparation^1,2, catalyse de gaz et détection de³. Cependant, la principale limitation....

Protocole

1. Méthode de synthèse de hdcat@HKUST

Remarque : L’ensemble du processus doit être effectué à l’intérieur d’une boîte à gants afin d’éviter tout contact avec l’humidité ambiante. En conséquence, tous les réactifs et solvants utilisés doivent être sec et stockée dans la boîte à gants.

1. Apporter un flacon de verre ouvert 4 mL, deux spatules et une micropipette de 1 mL dans la boîte à gants.
2. Transférer 50 mg de hdcat dans le flacon de verre.
   Remarque : Dans certains cas, un pistolet antistatique peut être nécessaire afin d’éviter les effets indésirables de l’électricité statique.
3. Placer 1 mL de chloroforme anhyd....

Résultats

Tous les réactifs et les matériaux ont été stockés dans la boîte à gants et utilisés comme a reçu sans aucune purification supplémentaire, sauf indication contraire. L’ensemble du processus est effectué dans une boîte à gants pour éviter tout contact avec l’humidité qui pourrait dégrader le matériau non couché.

Afin de garantir la reproductibilité au cours des expériences, HKUST commercialement disponible avec une granulométrie .......

Discussion

La méthode mentionnée dans ce travail fournit une approche simple et efficace pour la modification de la surface des cristaux MOF par réaction directe avec catéchols synthétiques dans des conditions douces peu importe les fonctionnalités de la chaîne. Contrairement à l’approche conventionnelle de produire des revêtements de polydopamine-like, ce parcours peut être effectué en conditions anhydres et anaérobie et sans aucune adjonction de base qui pourrait compromettre la stabilité de la structure MOF. Méthanol et le chlor.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Basolite C-300	Sigma-Aldrich	688614	Commercial HKUST
Méthanol anhydre (99,8 %)	Sigma-Aldrich	322415
Chloroforme anhydre (>99 %)	Sigma-Aldrich	288306
Mettler Toledo TGA/SDTA 851	Mettler Toledo		Analyseur thermogravimétrique
Agilent Cary 630 FTIR	Agilent		Spectrophotomètre FT-IR, module ATR
PANalytical X' Pert Pro	PANalytical		Powder XRD Diffractometer
AUTOSORB-6 appareil	Quantachrome		Nitrogen Isotherms ont été réalisés avec cet équipement. L’activation des échantillons a été réalisée sous vide dynamique à 170 °C. Réalisée par le service technique de l’Universitat d’Alacant.
Système de spectromètre photoélectronique à rayons X K-Alpha	Thermo-Scientific		Les analyses ont été effectuées à l’unité de rayons X de l’Universitat d’Alacant
FEI Quanta 650 FEG microscope électronique à balayage	Fisher Scientific		Utilisé pour observer les morphologies et les dimensions des parties