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

L’amélioration de la stabilité de l’eau est essentielle pour l’intégration des MOF dans des applications chimiquement exigeantes. Notre méthode peut aider à augmenter la stabilité des MOF qui ne sont pas stables dans l’eau. Le principal avantage de cette technique est qu’elle permet non seulement de modifier l’hydrophobicité du matériau revêtu, mais aussi de contrôler la fonctionnalité du revêtement.

Cette technique tire parti des sites métalliques ouverts catalytiques présents dans certains MOF, qui peuvent déclencher la polymérisation des molécules de catéchol à la surface des cristaux sans affecter la porosité globale du matériau. Tout d’abord, apportez un flacon en verre de quatre millilitres, deux spatules et une micropipette d’un millilitre dans une boîte à gants. Des précautions particulières doivent être prises afin de maintenir des conditions de réaction sans oxygène.

Ajoutez 50 milligrammes de hdcat dans le flacon en verre. Ensuite, ajoutez un millilitre de chloroforme anhydre dans le flacon en verre. Ensuite, ajoutez 10 milligrammes de HKUST à la solution hdcat et fermez hermétiquement le flacon.

Après avoir retiré le flacon de la boîte à gants, sonisez la suspension de HKUST et de hdcat pendant quelques secondes pour homogénéiser la solution. Assurez-vous que la fiole est bien fermée et placez-la dans un four à 70 degrés Celsius pendant la nuit. Après avoir sorti le flacon du four, transférez-le dans la boîte à gants à l’aide d’un tube à centrifuger de 15 millilitres.

Dans la boîte à gants, transférez le contenu du flacon dans le tube à centrifuger à l’aide de chloroforme anhydre frais. Après avoir retiré le tube de centrifugation de la boîte à gants, séparez le matériau revêtu par centrifugation à 3 354 fois g pendant une minute. Une fois le tube à centrifuger remis dans la boîte à gants, extrayez soigneusement le surnageant à l’aide d’un compte-gouttes et rangez-le dans un flacon en verre propre de 40 millilitres.

Ensuite, suspendez le matériau enduit dans trois millilitres de chloroforme anhydre afin d’éliminer les unités catéchol polymérisées qui ne sont pas attachées à la surface des cristaux. Après avoir retiré le chloroforme, suspendez le matériau enrobé dans trois millilitres de méthanol anhydre afin d’éliminer les molécules hdcat n’ayant pas réagi. Après avoir répété l’étape de lavage trois fois, transférez le hdcat-HKUST lavé dans un flacon en verre à l’aide de méthanol anhydre.

Une fois que le solide enrobé s’est déposé au fond du flacon, retirez le surnageant et laissez la poudre sécher à température ambiante dans la boîte à gants. Apportez un flacon en verre de quatre millilitres, deux spatules et une micropipette d’un millilitre dans la boîte à gants. Ajoutez 50 milligrammes de fdcat dans le flacon en verre.

Ensuite, ajoutez un millilitre de chloroforme anhydre dans le flacon en verre. Ensuite, ajoutez 10 milligrammes de HKUST à la solution fdcat et fermez hermétiquement le flacon. Après avoir retiré le flacon de la boîte à gants, soniser la suspension de HKUST et de fdcat pendant quelques secondes pour homogénéiser la solution.

Assurez-vous que le flacon est hermétiquement fermé et placez-le au four à 70 degrés Celsius pendant la nuit. Après avoir sorti le flacon du four, transférez-le dans la boîte à gants à l’aide d’un tube à centrifuger de 15 millilitres. Dans la boîte à gants, transférez le contenu du flacon dans le tube à centrifuger à l’aide de chloroforme anhydre frais.

Après avoir retiré le tube de centrifugation de la boîte à gants, séparez le matériau revêtu par centrifugation à 3 354 fois g pendant une minute. Une fois le tube à centrifuger remis dans la boîte à gants, extrayez soigneusement le surnageant à l’aide d’un compte-gouttes et rangez-le dans un flacon en verre propre de 40 millilitres. Ensuite, suspendez le matériau enduit dans trois millilitres de chloroforme anhydre afin d’éliminer les unités catéchol polymérisées qui ne sont pas attachées à la surface des cristaux.

Après avoir retiré le chloroforme, suspendez le matériau enrobé dans trois millilitres de méthanol anhydre afin d’éliminer les molécules de fdcat n’ayant pas réagi. Après avoir répété l’étape de lavage trois fois, transférez le fdcat-HKUST lavé dans un flacon en verre avec du méthanol anhydre. Une fois que le solide enrobé s’est déposé au fond du flacon, retirez le surnageant et laissez la poudre sécher à température ambiante dans la boîte à gants.

Les cristaux modifiés en surface montrent une hydrophobie accrue lorsqu’ils sont trempés dans l’eau. Par rapport au HKUST, qui coule immédiatement au fond du flacon, le hdcat-HKUST et le fdcat-HKUST peuvent rester dans l’eau pendant plusieurs jours sans couler. Les mesures de l’angle de contact confirment leur hydrophobie supérieure.

Le spectre FT-IR de hdcat-HKUST montre des bandes correspondant aux vibrations d’étirement de l’alcane C-H de la chaîne alkyle hdcat, qui ne sont pas présentes dans HKUST. Pour fdcat-HKUST, les vibrations d’étirement de l’alcane C-F sont visibles dans le spectre, ce qui n’est pas observé dans HKUST. Les images MEB de hdcat-HKUST et fdcat-HKUST montrent une couche externe ondulée entourant les cristaux, ce qui suggère une polymérisation efficace sur les cristaux tout en respectant leur morphologie.

mesures XPS montrent la présence de cuivre I dans hdcat-HKUST et fdcat-HKUST, ce qui est attribué à la réaction des fractions catécholes par les unités de cuivre à la surface et à la polymérisation ultérieure. La formation de revêtements catécholates sur HKUST s’est déroulée sans impact sur la structure cristalline de HKUST, comme l’ont confirmé les mesures de diffraction des rayons X sur poudre. Cela a également été confirmé par des mesures de porosité à 77 kelvins, qui ont montré que hdcat-HKUST et fdcat-HKUST conservent leur surface avec des variations mineures après le processus de revêtement.

Lors de cette procédure, il est important de maintenir des conditions de réaction sans oxygène, car l’oxygène pourrait favoriser la polymérisation des molécules de catéchol en solution plutôt qu’à la surface des cristaux. Suite à cette procédure, nous avons pu modifier la mouillabilité des matériaux MOF par simple fonctionnalisation de leurs surfaces externes. De plus, cette technique nous permet d’avoir le contrôle sur la fonctionnalité du revêtement, ce qui nous permet d’avoir de nouvelles fonctionnalités qui n’étaient pas présentes dans le matériau nu, comme la séparation chirale ou la capture des COV.