Name: Voorbereiding van hydrofobe Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition van perfluoralkanen voor de verwijdering van ammoniak (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-10-10T22:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 5 s
Description: Leer hydrofobe metal-organic frameworks (MOFs) te bereiden via plasma enhanced chemical vapor deposition van perfluoralkanen voor ammoniakverwijdering. Deze methode verbetert waterstabiliteit en gasopnamecapaciteit.

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

De auteurs danken de Defense Threat Reduction Agency voor de financiering van onder projectnummer BA07PRO104, Martin Smith, Corrine Stone, en Colin Willis van de Defensie Science and Technology Laboratory (DSTL) voor hun expertise in lage druk plasma-technologie, en Matthew Browe en Wesley Gordon van de Edgewood Chemisch Biologisch Centrum (ECBC) voor microbreakthrough testen en contacthoekmetingen, respectievelijk.

1. Cu-BTC Synthese en Voorbereiding <ol><li> Roer 12,5 ml gedeïoniseerd water en 12,5 ml dimethylformamide in een 100 ml schroefdop pot gedurende ongeveer 5 minuten. </li><li> Voeg 0,87 g (3,6 mmol) koper (II) nitraat-trihydraat gevolgd door 0,50 g (2,4 mmol) van trimesinezuur zuur aan de oplossing in de pot en roer gedurende ongeveer 5 minuten. De oplossing wordt blauw van kleur. Plaats de bedekte pot in een voorverwarmde oven bij 120 ° C gedurende ongeveer 24 uur. </li><li> Verwijder de pot uit de oven. Nadat de pot afgekoeld tot kamertemperatuur, herstellen de Cu-BTC kristallen via vacuümfiltratie met filtreerpapier geschikt tot kristallen groter dan of gelijk aan 2,5 urn herstellen. De verkregen kristallen spoelen met dichloormethaan uiteindelijk plaatsen van de kristallen in een verse oplossing van dichloormethaan. </li><li> Vervang het oplosmiddel elke 24 uur en vervangen door verse dichloormethaan gedurende de volgende drie dagen om te helpen bij het verwijderen van de minder vluchtige oplosmiddelen uit de poriën van Cu-BTC. </li><li> Verhit de Cu-BTC kristallen 170 ° C in een vacuümoven of via een Schlenk lijn om resten gastmoleculen uit het materiaal te verwijderen. Volledig geactiveerd Cu-BTC moet diep blauw tot paars van kleur zijn. </li><li> Controleer de structuur en chemische samenstelling van Cu-BTC via poeder Röntgendiffractie en Fourier-transformatie infrarood spectroscopie, respectievelijk. </li></ol> 2. Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition van perfluoralkanen op Cu-BTC 14 <ol><li> Voorafgaand aan elk experiment reinigen plasma reactor en alle glaswerk voor gebruik in de plasmabehandeling met luchtplasma bij 50 W gedurende ten minste 30 minuten. Dit verwijdert perfluoralkaan films die op de binnenoppervlakken van de reactiekamer of glaswerk uit eerdere experimenten kunnen gevormd. </li><li> Plaats een bekende hoeveelheid geactiveerde Cu-BTC in een 250 ml Pyrex fles en verspreid over de fles op zijn kant een homogene behandeling te verzekeren. Een doorlatend doek moet rond het worden geplaatsthals van de fles met een rubberen band om de hoeveelheid monster die verloren gaat bij een vacuüm minimaliseren. </li><li> Plaats de fles in het plasma kamer. Breng een vacuüm tot de kamer tot een druk ≤ 0,20 mbar gedurende minstens 30 minuten om het water dat kan zijn geadsorbeerd op het monster te verwijderen. </li><li> Sluit de perfluoralkaan gas en stel de regelaar op een druk binnen de specificaties van de massastroom controller. </li><li> Stel de massastroomregelaar om de reactiekamer te vullen met de juiste hoeveelheid gas perfluoralkaan om de gewenste druk van het experiment te handhaven. Draai de fles binnen de PECVD apparaat naar een meer homogene behandeling van het poeder te maken. </li><li> Licht het plasma met een 13.56 MHz RF-generator, en afstemmen van de radiofrequentie met de LC-matching unit om de macht te maximaliseren, terwijl het minimaliseren van de reflectie. Retune periodiek tijdens de behandeling. </li><li> Zodra de behandeling is voltooid, verlaat de kamer van eenresiduele perfluoralkaan gas en dan lucht aan de atmosferische druk. Verwijder het monster uit de PECVD inrichting en het behandelde materiaal van de zijkanten van de fles terug. Een antistatisch materiaal moet worden gebruikt om de maximale hoeveelheid materiaal te herstellen. </li><li> Plaats het behandelde materiaal in een oven bij 120 ° C om eventueel niet gereageerd perfluoralkaan gas te verwijderen. Plaats dan het behandelde materiaal in een exsiccator tot adsorptie van water te voorkomen uit de atmosfeer. </li><li> Spoel het restmateriaal in de fles en filteren om voor de juiste afvoer van de afvalstoffen nuttig toe. </li><li> Kenmerken de behandelde Cu-BTC met 20 F magic angle spinning nucleaire magnetische resonantie, Fourier-transformatie infrarood spectroscopie, en x-ray foto-elektron spectroscopie. </li></ol> 3. Veroudering van Cu-BTC onder vochtige omstandigheden <ol><li> Stel de gewenste temperatuur en de relatieve vochtigheid van de klimaatkamer en laat het in evenwicht. </li><li> Spreid het monster gelijkmatig ineen open houder en plaats in de klimaatkamer voor de gewenste tijdsduur. </li><li> Karakterisering de Cu-BTC monster met röntgendiffractie en stikstof isotherm bij 77 K om de mate van afbraak te bepalen. </li></ol> 4. Ammoniak Microbreakthrough Experimenten 2 <ol><li> Bereid een 14,6 L ballast van ammoniak bij 5,000 mg / m 3 door eerst het injecteren van een lege ballast met 210 ml nette ammoniak. Vul dan de ballast met nul lucht tot een druk van 15 psi. Sluit de ballast in lijn met de microbreakthrough apparaat. </li><li> Voer een lege buis in de microbreakthrough apparaat aan het voer signaal te bepalen. Stel mass flow controllers ammoniak en droge lucht tot 8 en 12 ml / min, respectievelijk een stroming van 20 ml / min of 2000 mg / m 3 ammoniak te maken. Voer een geprogrammeerde methode om de gaschromatograaf en foto-ionisatiedetector controle om de toevoer signaal ammoniak bepaald in het effluent. Vocht kan worden toegevoegd aan het systeemindien gewenst door actief deel van het verdunningsmiddel stroom door een temperatuurregeling saturator cel als nodig om de vereiste relatieve vochtigheid bereikt. </li><li> Plaats een kleine hoeveelheid glaswol onder de glasfrit in een nominaal 4 mm ID glazen buis. Wegen ongeveer 10-15 mg materiaal in de buis. De gebruikte massa moet resulteren in ongeveer 55 mm 3 sorberend volume, resulterend in een bed verblijftijd van ongeveer 0,15 seconden. </li><li> Flow droge lucht door de glazen buis als het wordt verwarmd tot 150 ° C gedurende 1 uur elk geadsorbeerd water te verwijderen. Weeg het monster na de regeneratie. </li><li> Het monster wordt in lijn en veilig rechtop in een waterbad tot 25 ° C. </li><li> Stel de mass flow controllers ammoniak en droge lucht tot 8 en 12 ml / min, respectievelijk een stroming van 20 ml / min bij 2000 mg / m 3 ammoniak maken terwijl het omzeilen van de monster de vullijnen het voedingsgas. </li><li> Stromen de ammoniak stroom door het monster en uitvoeren van een geprogrammeerdemethode om de gaschromatograaf en foto-ionisatiedetector controle om de ammoniakconcentratie uitoefenen in het effluent. </li><li> Zodra de effluentconcentratie het voer concentratie heeft bereikt, zet de ammoniak beek en het monster op off-gas ammoniak die niet sterk geadsorbeerd aan het monster. </li><li> Verwijder het monster uit het waterbad na blootstelling analyses via Röntgendiffractie en Fourier-transformatie infrarood analyse. </li><li> Integreer de gaschromatograaf signaal vs time gegevens om de ammoniak lading voor het monster te bepalen. </li></ol>

<ol><li>Montoro, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Capture+of+Nerve+Agents+and+Mustard+Gas+Analogues+by+Hydrophobic+Robust+MOF-5+Type+Metal-Organic+Frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Capture of Nerve Agents and Mustard Gas Analogues by Hydrophobic Robust MOF-5 Type Metal-Organic Frameworks.</a> J. Am. Chem. Soc. 133, 11888-11891 (2011).</li>
<li>Glover, T. G., Peterson, G. W., Schindler, B. J., Britt, D., Yaghi, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MOF-74+building+unit+has+a+direct+impact+on+toxic+gas+adsorption%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Eng.+Sci%22%5BJournal%5D)">MOF-74 building unit has a direct impact on toxic gas adsorption.</a> Chem. Eng. Sci. 66, 163-170 (2011).</li>
<li>Britt, D., Tranchemontagne, D., Yaghi, O. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metal-organic+frameworks+with+high+capacity+and+selectivity+for+harmful+gases%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Metal-organic frameworks with high capacity and selectivity for harmful gases.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105, 11623-11627 (2008).</li>
<li>Peterson, G. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ammonia+Vapor+Removal+by+Cu%283%29%28BTC%29%282%29+and+Its+Characterization+by+MAS%5BTitle%5D)+AND+%22NMR.+J.+Phys.+Chem.+Nanomater.+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Ammonia Vapor Removal by Cu(3)(BTC)(2) and Its Characterization by MAS.</a> NMR. J. Phys. Chem. Nanomater. Interfaces. 113 (3), 13906-13917 (2009).</li>
<li>Gul-E-Noor, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+varying+water+adsorption+on+a+Cu%283%29%28BTC%29%282%29+metal-organic+framework+%28MOF%29+as+studied+by+%281%29H+and+%2813%29C+solid-state+NMR+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Chem.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Effects of varying water adsorption on a Cu(3)(BTC)(2) metal-organic framework (MOF) as studied by (1)H and (13)C solid-state NMR spectroscopy.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 13 (3), 7783-7788 (2011).</li>
<li>DeCoste, J. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+water+adsorption+on+the+structure+of+the+carboxylate+containing+metal-organic+frameworks+Cu-BTC%2C+Mg-MOF-74%2C+and+UiO-66%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Chem%22%5BJournal%5D)">The effect of water adsorption on the structure of the carboxylate containing metal-organic frameworks Cu-BTC, Mg-MOF-74, and UiO-66.</a> J. Mater. Chem. , (2013).</li>
<li>Küsgens, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+metal-organic+frameworks+by+water+adsorption%5BTitle%5D)+AND+%22Microporous+and+Mesoporous+Mater%22%5BJournal%5D)">Characterization of metal-organic frameworks by water adsorption.</a> Microporous and Mesoporous Mater. 120, 325-330 (2009).</li>
<li>Cavka, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+New+Zirconium+Inorganic+Building+Brick+Forming+Metal+Organic+Frameworks+with+Exceptional+Stability%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">A New Zirconium Inorganic Building Brick Forming Metal Organic Frameworks with Exceptional Stability.</a> J. Am. Chem. Soc. 130, 13850-13851 (2008).</li>
<li>DeCoste, J. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stability+and+degradation+mechanisms+of+metal-organic+frameworks+containing+the+Zr6O4%28OH%294+secary+building+unit%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Chem.+A%22%5BJournal%5D)">Stability and degradation mechanisms of metal-organic frameworks containing the Zr6O4(OH)4 secary building unit.</a> J. Mater. Chem. A. 1, 5642-5650 (2013).</li>
<li>Yang, S. J., Park, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+Highly+Moisture-Resistant+Black-Colored+Metal+Organic+Frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Preparation of Highly Moisture-Resistant Black-Colored Metal Organic Frameworks.</a> Adv. Mater. 24, 4010-4013 (2012).</li>
<li>Li, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+Hydrostability+in+Ni-Doped+MOF-5%5BTitle%5D)+AND+%22Inorg.+Chem%22%5BJournal%5D)">Enhanced Hydrostability in Ni-Doped MOF-5.</a> Inorg. Chem. 51, 9200-9207 (2012).</li>
<li>Jasuja, H., Huang, Y. -g, Walton, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adjusting+the+Stability+of+Metal+-+Organic+Frameworks+under+Humid+Conditions+by+Ligand+Functionalization%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Adjusting the Stability of Metal - Organic Frameworks under Humid Conditions by Ligand Functionalization.</a> Langmuir. 28, 16874-16880 (2012).</li>
<li>Jasuja, H., Burtch, N. C., Huang, Y. -g, Cai, Y., Walton, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinetic+Water+Stability+of+an+Isostructural+Family+of+Zinc-Based+Pillared+Metal+-+Organic+Frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Kinetic Water Stability of an Isostructural Family of Zinc-Based Pillared Metal - Organic Frameworks.</a> Langmuir. 29, 633-642 (2012).</li>
<li>Decoste, J. B., Peterson, G. W., Smith, M. W., Stone, C. A., Willis, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+Stability+of+Cu-BTC+MOF+via+Perfluorohexane+Plasma-Enhanced+Chemical+Vapor+Deposition%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Enhanced Stability of Cu-BTC MOF via Perfluorohexane Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition.</a> J. Am. Chem. Soc. 134, 1486-1489 (2012).</li>
<li>Bradley, R. H., Smith, M. W., Andreu, A., Falco, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+studies+of+novel+hydrophobic+active+carbons%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Surf.+Sci%22%5BJournal%5D)">Surface studies of novel hydrophobic active carbons.</a> Appl. Surf. Sci. 257, 2912-2919 (2011).</li>
<li>Poire, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modification+of+active+carbon+by+hydrophobic+plasma+plymers%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Deposition+of+Polymeric+Thin+Films%22%5BJournal%5D)">Modification of active carbon by hydrophobic plasma plymers.</a> Plasma Deposition of Polymeric Thin Films. 54, 185-196 (1994).</li>
<li>Hozumi, A., Takai, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+ultra+water-repellent+films+by+microwave+plasma-enhanced+CVD%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+Films%22%5BJournal%5D)">Preparation of ultra water-repellent films by microwave plasma-enhanced CVD.</a> Thin Solid Films. 303 (97), 222-225 (1997).</li>
<li>Dolbier, W. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDolbier%2C+WR+%22Guide+to+Fluorine+NMR+for+Organic+Chemists%22">Guide to Fluorine NMR for Organic Chemists</a>. , John Wiley & Sons, Inc. (2009).</li>
<li>Maricq, M. M., Waugh, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((NMR+IN+ROTATING+SOLIDS%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">NMR IN ROTATING SOLIDS.</a> J. Chem. Phys. 70, 3300-3316 (1979).</li>
<li>Kim, M., Cahill, J. F., Su, Y., Prather, K. A., Cohen, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Postsynthetic+ligand+exchange+as+a+route+to+functionalization+of+%27inert%27+metal-organic+frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Sci%22%5BJournal%5D)">Postsynthetic ligand exchange as a route to functionalization of 'inert' metal-organic frameworks.</a> Chem. Sci. 3, 126-130 (2012).</li>
<li>d'Agostino, R., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3ad%27Agostino%2C+R+%22Advanced+Plasma+Technology%22">Advanced Plasma Technology</a>. , Wiley-VCH. (2008).</li>
<li>DeCoste, J. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((+The+effect+of+water+adsorption+on+the+structure+of+the+carboxylate+containing+metal-organic+frameworks+Cu-BTC%2C+Mg-MOF-74%2C+and+UiO-66%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Chem.+A%22%5BJournal%5D)"> The effect of water adsorption on the structure of the carboxylate containing metal-organic frameworks Cu-BTC, Mg-MOF-74, and UiO-66.</a> J. Mater. Chem. A. , (2013).</li>
</ol>

De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen.

De synthese van Cu-BTC, zoals in de meeste MOFs, kan sterk afhankelijk van de verhouding van reactanten gebruikt en de temperatuur van de synthese wordt uitgevoerd bij. Het variëren van de temperatuur of oplosmiddel gebruikt in de synthese is aangetoond dat verschillende morfologieën van MOF structuur 20 te produceren. Daarom is het sterke belang de in de literatuur voor MOF gesynthetiseerd procedure. Verder moet men rekening houden met de reactanten, oplosmiddelen en synthesecondities het kiezen van een vat ...

Metal-organic frameworks (MOF&#39;s) hebben een belangrijke klasse van poreuze materialen voor giftig gas verwijdering 1-3 geworden. MOF&#39;s hebben een ongekende mogelijkheid om functionaliteit op maat voor gerichte chemische interactie. Cu-BTC (ook bekend als HKUST-1 of Cu 3 (BTC) 2) eerder bleek een uitzonderlijk hoge ammoniak lading hebben, maar dit is ten koste van het materiaal structurele stabiliteit 4. Verdere studies over Cu-BTC hebben aangegeven dat vocht zelf in staat is om verslechtering van de MOF structuur, waardoor het niet effectief voor veel potentiële toepassingen 5,6,21. De structurele instabiliteit van bepaalde carboxylaat bevattende MOFs in aanwezigheid van vloeibaar water of hoge vochtigheid is een belangrijk afschrikmiddel voor gebruik in commerciële en industriële toepassingen 7. Het zou zeer geschikt voor MOFs voor chemische verwijdering van inherente stabiliteit in aanwezigheid van vochtigheid. Veel MOFs met superieure stabiliteit, zoals UiO-66, hebben een slechte chemische verwijdering mogelijkheden, terwijl vele MOF&#39;s met open metalen sites zoals MOF-74 en Cu-BTC hebben superieure chemische verwijdering mogelijkheden 2,4,8,9. De open metalen sites in MOF-74 en Cu-BTC verbeteren van de opname van giftige gassen zoals ammoniak, maar deze sites zijn ook gevoelig voor water te binden, het vergiftigen van de actieve plaatsen en in veel gevallen leidt tot structurele afbraak. Om de chemische eigenschappen van een water instabiele MOF behouden, zijn verschillende pogingen om het water stabiliteit van MOFs verbeteren aangebracht. MOF-5 is aangetoond dat een versterking hebben vochtbestendigheid na thermische behandeling door een koolstofhoudende laag rond het MOF, maar de verhoogde hydrofobiciteit ten koste van oppervlak en uiteindelijk functionaliteit 10. MOF-5 is ook aangetoond dat zijn hydrostability verhoogd door dotering met Ni2 + ionen 11. Bovendien, 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octaan bevattening MOF&#39;s (ook bekend als DMOFs) zijn gebruikt om de stemming van water stabiliteit tonen door middel van integratie van verschillende zijgroepen op de 1,4-benzeen dicarboxylaat linker 12,13. Het gebrek aan hydrostability van bepaalde MOFs, bijzonder die met hoge toxische gasopname, geleid tot het gebruik van plasma versterkte chemische dampafzetting (PECVD) van perfluoralkanen met gefluoreerde groepen op het oppervlak van de MOF zijn hydrofobiciteit 14 verhogen. Deze techniek biedt het unieke voordeel dat het kan worden gebruikt om een ​​MOF bevattende aromatische waterstofatomen, evenals andere mogelijke functionele groepen op de binnenoppervlakken van MOFs veranderen. Echter, de techniek moeilijk te controleren door de vorming van zeer reactieve radicalen in het plasma. De radicalen niet alleen reageren met de aromatische waterstofatomen, maar ook met CF x groepen heeft gereageerd op de MOF oppervlakken. Zorgvuldige controle van de procedure is noodzakelijk om porie blo zorgenckage doet zich niet voor, waardoor de MOF ineffectief. Deze techniek is gebruikt door anderen om de bevochtigende eigenschappen van koolstof materialen veranderen, maar onze kennis het nooit eerder gebruikt om hydrostability microporeuze materiaal verbeteren 15,16..

<table><tbody><tr><td>Koper (II) Nitraat Trihydraat</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>61194</td><td></td></tr><tr><td>Trimesinezuur</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>482749</td><td></td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>130147</td><td></td></tr><tr><td>Dimethylformamide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>319937</td><td></td></tr><tr><td>Dichloormethaan</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>187332</td><td></td></tr><tr><td>Hexafluorethaan</td><td>Synquest Labs</td><td>1100-2-05</td><td></td></tr><tr><td>Femto-Plasma Systeem</td><td>Diener Electronic</td><td>Basiseenheid type B</td><td></td></tr><tr><td>Plasma Generator</td><td>Diener Electronic</td><td>Type D</td><td>0-100 W bij 13,56 MHz</td></tr><tr><td>Rotorlobbenpomp voor plasmasysteem</td><td>Leybold</td><td>D16BCS PFPE</td><td>Geschikt voor corrosieve gassen</td></tr><tr><td>Poederbehandelingsapparaat</td><td>Diener Electronic</td><td>Optie 5.9</td><td>Glazen fles en roterend apparaat in het plasmasysteem</td></tr><tr><td>Omgevingskamer</td><td>Associated Environmental Systems</td><td>HD-205</td><td></td></tr><tr><td>Gaschromatograaf</td><td>Hewlet Packard</td><td>HP5890 Series II</td><td></td></tr><tr><td>Foto-ionisatiedetector</td><td>O-I Analytical</td><td>4430/5890</td><td></td></tr><tr><td>Foto-ionisatiedetectorlamp</td><td>Excilitis</td><td>FK-794U</td><td></td></tr><tr><td>Waterbad</td><td>NESLAB</td><td>RTE-111</td><td></td></tr><tr><td>Fritglazen buizen</td><td>CDA Analytical</td><td>MX062101</td><td>Dynatherm-bemonsteringsbuizen</td></tr></tbody></table>

voorbereiding van hydrofobe metal-organic frameworks via plasma enhanced chemical vapor deposition van perfluoralkanen voor de verwijdering van ammoniak

Preparation of Hydrophobic Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition of Perfluoroalkanes for the Removal of Ammonia

Plasma versterkt chemical vapor deposition (PECVD) van perfluoralkanen is al lang onderzocht voor het afstemmen van de bevochtigende eigenschappen van oppervlakken. Voor een groot oppervlak microporeuze materialen, zoals metaal-organische frameworks (MOF), unieke uitdagingen zich aandienen voor PECVD behandelingen. Hierin het protocol voor de ontwikkeling van een MOF die eerder onstabiel te vochtige omstandigheden was gepresenteerd. Het protocol beschrijft de synthese van Cu-BTC (ook bekend als HKUST-1), de behandeling van Cu-BTC PECVD van perfluoralkanen, veroudering van materialen onder vochtige omstandigheden, en de daaropvolgende ammoniak microbreakthrough experimenten milligram hoeveelheden microporeuze materialen. Cu-BTC heeft een zeer groot oppervlak (~ 1800 m 2 / g) in vergelijking met de meeste materialen of oppervlakken die eerder door PECVD methoden behandeld. Parameters zoals druk in de verbrandingskamer en behandeling tijd zijn uiterst belangrijk om ervoor te zorgen de perfluoralkaan plasma dringt door tot en reagerenTussen de binnenste oppervlakken MOF. Bovendien kan het protocol ammoniak microbreakthrough experimenten hier beschreven worden gebruikt voor een verscheidenheid van test-gassen en microporeuze materialen.

<html> Binnen de representatieve resultaten van de auteurs gekozen om de eigenschappen van een 0,50 g monster van Cu-BTC behandeld met hexafluorethaan (C 2F 6) gedurende 4 uur bij een druk van 0,30 mbar en een plasma-vermogen van 50 W. MOFs behandeld met een weer perfluoralkaan plasma onder passende voorwaarden moeten de toegenomen hydrofobiteit geven. Dit kan worden aangetoond door het plaatsen van het poeder op de top van vloeibaar water en bepalen of het monster vlotters of meten van de contacthoek water op...

Hierin worden de procedures voor Plasma-ondersteunde chemische damp depositie van perfluoralkanen op microporeuze materialen zoals metaal-organische frameworks om hun stabiliteit en hydrophobicity vergroten, worden beschreven. Verder wordt doorbraak testen van milligram hoeveelheden monsters beschreven.

Voorbereiding van hydrofobe Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition van perfluoralkanen voor de verwijdering van ammoniak

Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of perfluoroalkanes has long been studied for tuning the wetting properties of surfaces. For high ...

Het algemene doel van het volgende experiment is het prepareren van een hydrofoob metaal-organisch raamwerk om de waterstabiliteit ervan te verhogen. Dit wordt bereikt door in een tweede stap eerst een metaal-organisch raamwerk te synthetiseren via VO-thermische methoden. Het metaal-organische raamwerk wordt behandeld met plasma-ondersteunde chemische dampdepositie van een perfluoralkaan om hydrofobe groepen aan de binnen- en buitenoppervlakken toe te voegen.Vervolgens wordt het materiaal verouderd en wordt de ammoniakcapaciteit van het resulterende materiaal geëvalueerd met behulp van een micro-doorbraakapparaat. De resultaten tonen aan dat de met HD-plasma behandelde monsters een verbetering vertonen in de opname van ammoniak. De implicaties van deze techniek strekken zich uit tot de creatie van hydrofobe metaal-organische raamwerken in diverse andere poreuze materialen die stabiel kunnen zijn onder uiteenlopende omgevingsomstandigheden.Deze materialen hebben diverse toepassingen in gasopslag, filtratie, katalyse en zelfs bij medicijnafgifte waarbij structurele stabiliteit van essentieel belang is. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden voor postsynthetische modificatie via natchemie is dat plasma-ondersteunde chemische dampafzetting van perfluoroalkanen kan worden toegepast op een verscheidenheid aan materialen, ongeacht de aanwezige functionele groepen. Bovendien is deze techniek milieuvriendelijker dan andere methoden, aangezien er geen oplosmiddel wordt gebruikt en er dus een minimale afvalproductie is.Roer eerst 12,5 milliliters gedeïoniseerd water en 12,5 milliliters dimethylformamide gedurende ongeveer vijf minuten in een schroefpotje van 100 milliliter, voeg 0,87 grams koper(II)nitraathydraat gevolgd door 0,5 grams trimesinezuur toe aan het potje, en roer de resulterende blauwe oplossing gedurende ongeveer vijf minuten. Sluit vervolgens het potje en plaats het in een voorverwarmde oven op 120 °C gedurende ongeveer 24 uur. Nadat het potje is afgekoeld tot kamertemperatuur, worden de koper-BTC-kristallen teruggewonnen via vacuümfiltratie met filterpapier dat geschikt is voor het terugwinnen van kristallen groter dan of gelijk aan 2,5 µm.Spoel de resulterende kristallen vervolgens drie keer met 10 milliliters dichloormethaan en breng het resulterende materiaal over naar een flacon van 20 milliliters. Voeg daarna voldoende dichloormethaan toe om de kristallen onder te dompelen en sluit de flacon vervolgens af. Vervang het oplosmiddel gedurende de volgende drie dagen elke 24 uur door vers dichloormethaan om de verwijdering van de minder vluchtige oplosmiddelen uit de koper-BTC-poriën te bevorderen.Verhit de koper-BTC-kristallen na het filteren geleidelijk tot 170 °C in een vacuümoven om eventuele resterende gastmoleculen uit het materiaal te verwijderen. De structuur en chemische samenstelling van de koper-BTC-kristallen werden vóór elk experiment bevestigd via poeder-röntgendiffractie en Fourier-transform infraroodspectroscopie.Reinig de plasmareactor en al het glaswerk dat wordt gebruikt voor de plasmabehandeling met luchtplasma op 50 watt gedurende ten minste 30 minuten. Plaats na afloop 0,5 gram geactiveerde koper-BTC in een Pyrex-fles van 250 milliliter en verspreid dit door de fles om een homogene behandeling te waarborgen. Plaats vervolgens een doorlaatbare doek rond de hals van de fles en bevestig deze met een elastiekje om monsterverlies bij het aanleggen van het vacuüm te minimaliseren.Plaats vervolgens de fles in de plasmakamer. Pas een vacuüm toe totdat de kamer gedurende ten minste 30 minuten een druk van minder dan of gelijk aan 0,2 millibar bereikt, om eventueel geabsorbeerd water uit het monster te verwijderen. Sluit het HEXA fluoro, ETH ethaangas aan op het instrument.Stel vervolgens de massaflowcontroller in om de reactiekamer te vullen met de juiste hoeveelheid hexafluorethaangas. Om de gewenste druk van het experiment te handhaven, wordt het flesje in het P-E-C-V-D-apparaat gedraaid om een homogenere behandeling van het poeder te verkrijgen. Ontsteek het plasma op het gewenste vermogen met een 13,56 megahertz RF-generator en stem de radiofrequentie af met de lc-matchingsunit om het vermogen te maximaliseren en de reflectie te minimaliseren.Zodra de behandeling is voltooid, wordt de kamer ontleegd van elk residu hexafluorethaangas en vervolgens met droge lucht ontlucht tot atmosferische druk. Verwijder het monster uit het P-E-C-V-D-apparaat en breng het behandelde materiaal van de wanden van de fles over in een flesje van 20 milliliter. Plaats het open flesje gedurende twee uur in een voorverwarmde oven op 120 °C om eventueel niet-gereageerd hexafluorethaangas te verwijderen.Nadat het behandelde materiaal uit de oven is gehaald, wordt het overgebracht naar een desiccator om absorptie van water uit de atmosfeer te voorkomen. Spoel het resterende materiaal in de fles af met water en filter dit om het afval te verzamelen voor correcte verwijdering. Karakteriseer het behandelde koper-BTC met vaste-stof fluorine-nucleaire magnetische resonantie, Fourier-transform infraroodspectroscopie en röntgenfoto-elektronenspectroscopie.Stel vervolgens de gewenste temperatuur en relatieve vochtigheid van een klimaatkamer in op respectievelijk 45 °C en 100%. Verdeel na equilibratie het monster gelijkmatig in een open container en plaats dit gedurende drie dagen in de kamer. Zodra het verouderingsproces is voltooid, wordt het koper-BTC-monster gekarakteriseerd met röntgendiffractie en een stikstofisotherm bij 77 K om de graad van degradatie te bepalen.Bereid vervolgens een ballast van 14,6 liter ammoniak voor met een concentratie van 5 mg/m³ door eerst een lege ballast te injecteren met 210 milliliter pure ammoniak. Vul de ballast daarna met nul-lucht tot een druk van 15 PS.I. Sluit de ballast aan op het micro-doorbraakapparaat. Voer een blanco-meting uit met een lege buis in het micro-doorbraakapparaat.Stel de massaflowcontrollers voor ammoniak en droge lucht respectievelijk in op 8 en 12 milliliters per minuut om een stroom van 20 milliliters per minuut van 2000 milligrams per meter cubed ammoniak te creëren. Voer een geprogrammeerde methode uit om de gaschromatograaf en de foto-ionisatiedetector aan te sturen om het voedsignaal van ammoniak te bepalen. Plaats in het effluent een kleine hoeveelheid glaswol onder de glazen frit in een glazen buis met een nominale binnendiameter van 4 millimeter.Vul het monster tot een hoogte van 4 mm en weeg het materiaal. Verwarm het monster vervolgens gedurende één uur tot 150 °C, terwijl droge lucht door de glazen buis wordt geleid om geabsorbeerd water te verwijderen. Plaats de buis na het wegen van het gedroogde monster in de lijn en bevestig deze rechtop in een waterbad dat is ingesteld op 25 °C.Stel de massaflowcontrollers voor ammoniak en droge lucht respectievelijk in op 8 en 12 milliliters per minuut om een flow van 20 milliliters per minuut te creëren met 2000 milligrams per meter cubed ammoniak, terwijl het monster naar de vullijnen met het voedingsgas wordt omgeleid. Leid vervolgens de ammoniakstroom door het monster en voer een geprogrammeerde methode uit om de gaschromatograaf en de foto-ionisatiedetector aan te sturen om de concentratie ammoniak in het effluent te bewaken. Zodra de effluentconcentratie de voedingsconcentratie heeft bereikt, wordt de ammoniakstroom uitgeschakeld om het monster de kans te geven alle ammoniak af te gassen die niet sterk door het monster is geabsorbeerd.Verwijder het monster uit het waterbad voor analyse na blootstelling via röntgendiffractie en Fourier-transform infraroodanalyse. Integreer ten slotte de gegevens van het gaschromatograafsignaal ten opzichte van de tijd om de ammoniakbelading voor het monster te bepalen. Motten behandeld met een perfluoralkaanplasma onder adequate omstandigheden zouden een verhoogde hydrofobiciteit moeten vertonen. Dit kan worden aangetoond door het poeder op vloeibaar water te plaatsen en te bepalen of het monster drijft, of door de watercontacthoek op een geperst pellet te meten.Zoals hier te zien is, werden de contacthoeken voor de koper-BTC en de met HEXA-fluoro-ethaanplasma behandelde koper-BTC-pellets respectievelijk gemeten op 59 graden en 123 graden. De aanwezigheid van CFX-groepen op het oppervlak van de poriën draagt bij aan de hydrofobiciteit van het materiaal, waardoor het materiaal water afstoot. De aanwezigheid van CF-bindingen wordt aangetoond door spectrale banden tussen 1300 en 1.140 inverse centimeters.In de resultaten van de Fourier-transform infraroodspectroscopie met gedempte totale reflectie, zoals hier te zien is, kan de graad van fluorering en de bevestiging van het CFX-soorttype worden bepaald met fluor-magic angle spinning kernmagnetische resonantie, zoals hier getoond, of met röntgenfoto-elektronspectroscopie. De twee belangrijkste fluorsoorten die in dit monster zijn waargenomen, zijn CF₂-groepen bij ongeveer -87 ppm en CF-groepen bij ongeveer -152 ppm. Er is een kleine piek bij ongeveer -80 ppm die de CF₃-groepen vertegenwoordigt. Alle andere significante pieken vertegenwoordigen spinning side-bands met intervallen van ongeveer 9 kHz ten opzichte van de hoofdpiek.De CFX-groepen zijn waarschijnlijk een combinatie van groepen die hebben gereageerd met de binnenoppervlakken van het MOF, evenals een amorfe coating aan de buitenkant van het MOF-kristal. De grote omvang en hoeveelheid spinning side bands voor de CF2- en CF-soorten geven aan dat deze CFX-groepen stevig gebonden zijn aan de koper-BTC-structuur en relatief immobiel zijn. De röntgendiffractiepatronen van de koper-BTC en de met HOF-fluor-ETH-ethaanplasma behandelde koper-BTC-monsters zijn hier afgebeeld na veroudering bij 45 °C en 100% RH gedurende drie dagen.De patronen tonen een bijna volledige verandering in de structuur van het onbehandelde monster. Het plasmabehandelde monster vertoont echter minimale veranderingen in de structuur. De resultaten wijzen op een verbeterde structurele stabiliteit, zelfs onder extreme vochtigheidsomstandigheden.Hier wordt de micro-doorbraaktest gepresenteerd van verouderde koper-BTC en HOF-fluoro-eth-ethaan-behandelde koper-BTC-monsters voor ammoniak bij een concentratie van 2000 milligram per meter cubed. Integratie boven de doorbraakcurves resulteert in capaciteiten van 1,1 millimol ammoniak per gram koper-BTC en 5,3 millimol ammoniak per gram hexa-fluoro-eth-ethaan-plasmabehandeld koper-BTC. De verbeterde ammoniakopname van het plasmabehandelde koper-BTC-monster na veroudering is toe te schrijven aan het behoud van de oorspronkelijke koper-BTC-kristalstructuur in vergelijking met het verouderde koper-BTC-monster.Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om te onthouden dat er in elk perfluoroalkaanplasma een potentieel bestaat voor de vorming van waterstoffluoride en andere corrosieve gassen. Er moet speciale zorg worden betracht om de gebruiker en de instrumenten te beschermen tegen deze schadelijke stoffen, waaronder het waarborgen dat alle buisventielen, massastroomregelaars, verbindingen en afdichtingen in de vacuümpomp zijn gemaakt van corrosiebestendige materialen en regelmatig worden geïnspecteerd. Door deze procedure te volgen, kunnen veel nieuwe microporeuze materialen worden ontwikkeld met gefluoreerde soorten op hun oppervlakken.Deze functionele groepen beïnvloeden niet alleen de eigenschappen en hydrofobiciteit van het materiaal, maar veranderen ook de absorptie-eigenschappen, aangezien de binnenoppervlakken van het gemodificeerde materiaal sterk polair en chemisch inert zijn.

preparation-hydrophobic-metal-organic-frameworks-via-plasma-enhanced

Research

JoVE Journal

Chemistry

Scheikunde

Synthese, activering, en karakterisering van opzettelijk ontworpen metaal-organische raamwerk materialen is een uitdaging, vooral als bouwstenen onverenigbaar zijn of ongewenste polymorfe zijn thermodynamisch bevoordeeld ten opzichte van de gewenste vormen. We beschrijven hoe toepassingen van oplosmiddelhoudende bijgestaan ​​linker uitwisseling, poeder röntgendiffractie in haarvaten en activering via superkritische CO 2 drogen, kan een aantal van deze uitdagingen aan te pakken.

Synthese en karakterisering van gefunctionaliseerde metaal-organische roosters

Een procedure voor de bereiding van poreuze hybride scheidingsmedia, bestaande uit een macroporeuze polymeermonoliet intern gecoat met een microporeuze coördinatiepolymeer met een groot oppervlak, wordt gepresenteerd.

Voorbereiding van de zeer poreuze Coordination Polymer Coatings op Macroporeuze Polymer Monoliths voor Enhanced Verrijking van fosfopeptiden

Metaal-organische kaders zijn effectief in de opslag van gas en heterogene katalyse, maar typisch synthese methoden leiden tot losse poeders die moeilijk te integreren in slimme materialen. We tonen een methode van eerste coating stoffen met ALD metaaloxiden, resulterend in hoekgetrouwe films van MOF op de stoffen gedurende de synthese van solvothermal.

Solvothermal synthese van MIL-96 en UiO-66-NH2 op atomische laag gestort metaaloxide Coatings op Fiber matten

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.

Oppervlakte Functionalization van metaal-organische kaders voor verbeterde vochtbestendigheid

Een eenvoudige, reproduceerbare en veelzijdige aanpak voor de synthese van intergrown, polykristallijne metaal-organische kader membranen op een breed scala van ongewijzigde poreuze en niet-poreuze ondersteunt wordt gepresenteerd.

Elektroforetische kristallisatie van ultradunne High-performance metaal-organische kader membranen

Hier beschrijven we een protocol voor de synthese van laagwaardige metaal-organische raamwerken (LVMOF's) uit laagwaardige metalen en multitopische fosfine-linkers onder luchtvrije omstandigheden. De resulterende materialen hebben potentiële toepassingen als heterogene katalysatornabootsingen van homogene katalysatoren op basis van laagwaardig metaal.

Experimentele benaderingen voor de synthese van laagwaardige metaal-organische raamwerken uit multitopische fosfine-linkers

De gerichte synthese van nieuwe metaal-organische raamwerken (MOF's) is moeilijk en hun ontdekking hangt af van de kennis en creativiteit van de chemicus. Met methoden met hoge doorvoer kunnen complexe synthetische parametervelden snel en efficiënt worden verkend, waardoor het proces van het vinden van kristallijne verbindingen en het identificeren van synthetische en structurele trends wordt versneld.

Ontdekking en synthese optimalisatie van isoreticulaire Al(III) op fosfonaat gebaseerde metaal-organische raamwerkverbindingen met behulp van high-throughput methoden

Post-synthetische liganduitwisseling (PSE) is een veelzijdig en krachtig hulpmiddel voor het installeren van functionele groepen in metaal-organische raamwerken (MOFs). Het blootstellen van MOFs aan oplossingen die triazool- en tetrazol-gefunctionaliseerde liganden bevatten, kan deze heterocyclische moieties opnemen in Zr-MOFs via PSE-processen.

Synthese van triazol en tetrazol-gefunctionaliseerde Zr-gebaseerde metaal-organische raamwerken door post-synthetische liganduitwisseling

Een protocol voor de synthese en karakterisering van zelfgeassembleerde metaal-organische raamwerkmonolagen wordt geleverd met behulp van polymeergeënte, metaal-organische raamwerk (MOF) kristallen. De procedure toont aan dat polymeer-geënte MOF-deeltjes zichzelf kunnen assembleren op een lucht-watergrensvlak, wat resulteert in goed gevormde, vrijstaande monolaagstructuren, zoals blijkt uit scanning-elektronenmicroscopiebeeldvorming.

Synthese en karakterisering van zelf-geassembleerde metaal-organische raamwerk monolagen met behulp van polymeer-gecoate deeltjes

In dit artikel presenteren we de bereiding van MOF-gelatinehydrogels die profiteren van de thermoreversibele eigenschappen van gelatine, geassocieerd met de fase-scheiding door coacervatie. Deze hydrogelcomposieten vertonen een hoge MOF-belasting, grote porositeit en een goede ruimtelijke verdeling van MOF-deeltjes binnen de gelatinematrix.

Bereiding van metaal-organisch kader - gelatinehydrogels door coacervatie

Leer hydrofobe metal-organic frameworks (MOFs) te bereiden via plasma enhanced chemical vapor deposition van perfluoralkanen voor ammoniakverwijdering. Deze methode verbetert waterstabiliteit en gasopnamecapaciteit.

Voorbereiding van hydrofobe Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition van perfluoralkanen voor de verwijdering van ammoniak (Video) | JoVE Journal

Voorbereiding van hydrofobe Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition van perfluoralkanen voor de verwijdering van ammoniak

Meer video's verkennen