Oppervlakte Functionalization van metaal-organische kaders voor verbeterde vochtbestendigheid

Summary

Robuuste functionele catechol coatings werden in één stap geproduceerd door directe reactie van het materiaal bekend als HKUST met synthetische catechols onder anaërobe omstandigheden. De vorming van homogene coatings rondom het hele kristal wordt toegeschreven aan de biomimetische katalytische activiteit van Cu(II) Dimeren op het buitenoppervlak van de kristallen.

Abstract

Metaal-organische kaders (MOFs) vormen een klasse van poreuze anorganische materialen met veelbelovende eigenschappen in de opslag van gas en scheiding, katalyse en sensing. De belangrijkste kwestie beperken hun toepasbaarheid is echter hun slechte stabiliteit in vochtige omstandigheden. De gemeenschappelijke methoden om dit probleem te overwinnen betrekken de vorming van sterk metaal-linker obligaties met behulp van metalen, zeer te betalen die is beperkt tot een aantal structuren, de invoering van alkylic groepen in het kader van post synthetische wijziging (PSM) of chemische damp deposition (CVD) ter verbetering van de algemene hydrophobicity van het kader. Deze laatste twee leiden meestal tot een drastische vermindering van de porositeit van het materiaal. Deze strategieën niet mogelijk is te benutten van de eigenschappen van de MOF al beschikbaar en het is absoluut noodzakelijk om te vinden van nieuwe methoden ter verbetering van de stabiliteit van MOFs in water met behoud van hun eigenschappen intact. Hierin, rapporteren we een nieuwe methode om de stabiliteit van de water van kristallen van MOF met Cu₂(O₂C)₄ peddel-wiel eenheden, zoals HKUST (waarbij HKUST staat voor Hong Kong University of Science & Technology), met de catechols matiemaatschappij met alkyl- en fluor-alkyl ketens. Door gebruik te maken van de onverzadigde metalen sites en de katalytische activiteit van het catecholase-achtige van Cu^II ionen, zijn wij in staat om robuuste hydrofobe coatings door de oxidatie en latere polymerisatie van het catechol-eenheden op het oppervlak van de kristallen onder anaërobe en watervrij omstandigheden zonder het verstoren van de onderliggende structuur van het kader. Deze aanpak niet alleen het materiaal met verbeterde water stabiliteit biedt maar ook biedt controle over de functie van de beschermende coating, waardoor de ontwikkeling van functionele coatings voor de adsorptie en scheidingen van vluchtige organische stoffen . Wij zijn ervan overtuigd dat deze benadering kan ook worden uitgebreid tot andere unstable MOFs met open metalen sites.

Introduction

Metaal-organische kaders zijn een klasse van kristallijne poreuze materialen opgebouwd uit anorganische metalen onderdelen, meestal genoemd secundaire gebouw eenheden (SBUs), bij elkaar gehouden door de organische liganden polytopic via coördinatieve bindingen. De zelf-assemblage van deze SBUs met de organische linkers maakt de vorming van uitgebreide 3D poreuze structuren met zeer hoge oppervlakten en veelbelovende toepassingen op het gebied van gas opslag en scheiding^1,2, katalyse en Sensing³. De belangrijkste beperking voor hun toepasbaarheid is echter hun slechte stabiliteit in wate....

Protocol

1. Synthetische Procedure van hdcat@HKUST

Opmerking: Het hele proces moet worden uitgevoerd binnen een handschoen-vak om te voorkomen dat elk contact met de ambient vocht. Dienovereenkomstig, de reagentia en de oplosmiddelen gebruikt moet droog en opgeslagen in het handschoenenkastje.

1. Een open 4 mL glazen ampul, twee spatels en een micropipet van 1 mL te brengen in het handschoenenkastje.
2. Breng 50 mg hdcat in de glazen ampul.
   Opmerking: In sommige gevallen, een anti-statische pistool kan noodzakelijk zijn om te voorkomen dat de bijwerkingen van statische elektriciteit.
3. 1 mL van watervrij chloroform in de gla....

Results

Alle reagentia en materialen werden opgeslagen in de handschoen-box en gebruikt als ontvangen zonder enige verdere zuivering, tenzij anders vermeld. Het hele proces wordt uitgevoerd in een handschoen-vak om te voorkomen dat contact met vochtigheid die het ongecoat materiaal kon degraderen.

Om ervoor te zorgen de reproduceerbaarheid tijdens de experimenten, werd commercieel verkrijgbare HKUST met een gemiddelde deeltjesgrootte di.......

Discussion

De methode gerapporteerd in dit werk biedt een eenvoudige en effectieve aanpak voor de oppervlakte modificatie van MOF kristallen door directe reactie met synthetische catechols milde omstandigheden ongeacht de functionaliteit van de keten. In tegenstelling tot de conventionele benadering van het produceren van polydopamine-achtige coatings, kan deze route worden uitgevoerd onder watervrij en anaërobe omstandigheden en zonder enige basis toevoeging dat de stabiliteit van de MOF in gevaar kan brengen. Methanol en chlorofo.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Basolite C-300	Sigma-Aldrich	688614	Commercial HKUST
Anhydrous Methanol (99.8%)	Sigma-Aldrich	322415
Anhydrous Chloroform (>99%)	Sigma-Aldrich	288306
Mettler Toledo TGA/SDTA 851	Mettler Toledo		Thermogravimetric Analyser
Agilent Cary 630 FTIR	Agilent		FT-IR Spectrophotometer, ATR Module
PANalytical X’Pert Pro	PANalytical		Powder XRD Diffractometer
AUTOSORB-6 apparatus	Quantachrome		Nitrogen Isotherms were carried out with this equipment. Activation of the samples was carried out under dynamic vacuum at 170 °C. Performed by the technical service of Universitat d'Alacant.
K-Alpha X-ray photoelectron spectrometer system	Thermo-Scientific		Analysis were performed at the X-Ray unit of the Universitat d'Alacant
FEI Quanta 650 FEG scanning electron microscope	Fisher Scientific		Used to observe partcle morphologies and dimensions