Ultrathin 높은 성능 금속-유기 프레임 워크 막의 전기 이동 화

이 방법은 MOF 멤브레인을 재현성 있게 합성하는 방법과 같은 다결정 MOF 필름 합성의 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 초박형의 핀홀이 없는 MOF 필름으로 이어지는 광범위한 기판에서 이질적인 핵형성을 제어할 수 있다는 것입니다. 제어된 핵형성 및 성장과 관련된 결정 공학의 도움으로 MOF 필름의 합성 프로토콜을 단순화하는 것을 목표로 합니다.

먼저 고순도 동박을 4x4cm 크기로 자릅니다. 구리 악어 클립 세트로 자른 호일을 쉽게 고정하려면 각 사각형 호일의 가장자리 중 하나에서 0.5cm 떨어진 곳에 선을 그립니다. 그런 다음 깨끗한 표면에 원통형 롤러를 사용하여 각 호일을 평평하게 만듭니다.

15 분 동안 아세톤에서 목욕 초음파 처리 한 다음 15 분 동안 이소프로판올에서 목욕 초음파 처리하여 구리 호일을 철저히 청소합니다. 그런 다음 유리 접시에 동박을 말리십시오. 테이프를 사용하여 원하는 기판을 구리 전극 중앙에 조심스럽게 배치합니다.

기판 전극 어셈블리를 물로 1분 동안 헹군 다음 이소프로판올을 헹구고 다시 물로 헹굽니다. 그런 다음 노출된 구리 전극을 양극에 연결합니다. 그런 다음 기판 전극 어셈블리를 음극에 부착합니다.

두 전극을 100밀리리터 유리 비커에 놓고 두 전극 사이의 간격을 1cm로 조정합니다. 100ml 비이커에 31.6g의 육수화물 아연과 35g의 벤즈이미다졸 용액을 넣고 실온에서 30초간 저어 전구체 sol을 형성합니다. 전구체 sol을 전극을 포함하는 비커로 옮깁니다.

그런 다음 비커의 높이를 조정하여 두 전극을 3.5cm 표시까지 담그십시오. 전원의 전원을 켜서 1볼트의 증착 전압으로 4분 동안 전기영동 증착을 수행합니다. 증착이 끝나면 비커를 천천히 내려 새로 증착된 핵과 기질 사이의 약한 접착을 방해하지 않도록 합니다.

기판을 건조시킨 후 테이프를 사용하여 기판을 제자리에 고정하여 미세한 유리 슬라이드로 옮깁니다. 결정 성장을 위해 100ml 비커에 31.6g의 육수화물 아연 용액과 35g의 2-메틸이미다졸 용액을 혼합합니다. 기판이 있는 미세한 유리 슬라이드를 전구체 용액에 수직으로 놓고 섭씨 30도에서 10시간 동안 방해받지 않고 그대로 둡니다.

결정 성장 10 시간 후 기질을 30 분 동안 물로 헹굽니다. 그런 다음 깨끗한 분위기에서 기판을 건조시킵니다. 실런트를 철저히 준비하려면 에폭시와 경화제를 동일한 비율로 혼합하고 혼합물을 1시간 동안 그대로 두십시오.

중앙에 직경 5mm의 구멍이 있는 24mm 너비의 강철 디스크에 ZIF-8 멤브레인을 놓습니다. 기판의 가장자리를 따라 에폭시를 도포한 다음 중앙에 있는 5mm 직경의 구멍을 제외한 기판을 덮습니다. 에폭시를 밤새 건조시킨 후 실체 현미경을 사용하여 알려진 기준 스케일과 함께 멤브레인을 스캔합니다.

그래픽 소프트웨어를 사용하여 스캔한 이미지에서 멤브레인의 노출 면적을 계산합니다. 다음으로 멤브레인이 있는 강철 디스크를 스테인리스 스틸 투과 셀에 넣고 셀을 오븐에 넣습니다. 강철 디스크 위와 아래에 Viton O-링을 놓고 나사를 조여 누출이 잘 되지 않도록 합니다.

피드와 스윕 측면의 가스 유량을 분당 30밀리리터로 설정합니다. 합성 시 흡수된 수분을 제거하기 위해 수소를 공급 가스로, 아르곤을 스윕 가스로 사용하여 멤브레인 셀을 섭씨 130도에서 2시간 동안 가열합니다. 잔류물 측과 투과 측의 니들 밸브를 각각 조정하여 사료와 스윕 측에서 0.1 메가파스칼의 압력을 유지하십시오.

공급 측의 가스 흐름을 대상 가스로 변경하고 가스 유량을 분당 30밀리리터로 설정합니다. 오븐의 온도를 원하는 온도로 설정하세요. 그런 다음 질량 스펙트럼의 데이터에 따라 정상 상태가 설정되면 Excel에서 투과도를 계산합니다.

SEM 이미지와 XRD 패턴은 ZIF-8 핵 박막이 콤팩트하다는 것을 보여주며, ENACT 방법이 기질에 대한 이질적인 핵형성 밀도를 제어하는 데 매우 효율적임을 보여줍니다. 성장 후 SEM에 의해 관찰된 필름 형태는 작고 핀홀이 없으며 고도로 상호 성장한 것으로 보입니다. AAO 서포트, ZIF-8/AAO 멤브레인, PAN 서포트 및 ZIF-8/PAN 멤브레인의 표면 및 단면 형태가 여기에 나와 있습니다.

ZIF-8/AAO 및 ZIF-8/PAN 멤브레인의 가스 투과율 데이터는 수소 프로판 선택율이 각각 2700 및 190임을 보여주며 MOF 필름에 결함이 거의 없음을 증명합니다. ZIF-8/AAO 멤브레인은 두께가 매우 얇기 때문에 매우 높은 수소 투과율을 보여줍니다. 이 절차를 시도하는 동안 전기영동 증착을 적용하기 전에 결정 유도가 발생할 때까지 기다리는 것이 중요합니다.

예를 들어, 결정 유도는 투과 전자 현미경에서 전구체 sol을 연구하여 비준할 수 있습니다. 이 프로토콜은 단순히 전기장과 전기영동 증착 시간을 제어함으로써 이질적인 핵형성 밀도와 핵막의 두께를 정밀하게 제어할 수 있도록 하며, 다양한 구조의 다결정막을 합성하도록 확장할 수 있습니다. 이 기술의 개발 이후, 두께가 100나노미터 미만인 MOF 필름을 엔지니어링하는 데 대한 체계적인 연구를 수행할 수 있는 길이 열렸습니다.

메틸이미다졸 및 질산아연으로 작업하는 것은 위험할 수 있으므로 이 절차를 수행하는 동안 항상 장갑을 착용하고 흄 후드에서 작동하는 것과 같은 예방 조치를 취해야 한다는 것을 잊지 마십시오.