Name: Solvothermal synthese van MIL-96 en UiO-66-NH2 op atomische laag gestort metaaloxide Coatings op Fiber matten (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-06-13T14:45:00.000+00:00
Duration: 6 min
Description: Leer solvothermale synthese van MOF-films op ALD-gecoate vezels. Deze methode produceert conforme metal-organic frameworks op textiel zonder extra bewerkingsstappen, wat onderzoek naar oppervlaktenucleatie en hechting vereenvoudigt.

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 hun medewerkers van RTI internationale, ons leger Natick Soldier RD & E Center, Edgewood chemische en biologische Center. Ook dank zij hun financieringsbron, het Defense Agency voor de vermindering van de dreiging.

1. atomische laag depositie (ALD) Al2O3 op Fiber matten
<ol><li>Leg een 2.54 x 2,54 cm2 polypropyleen stof monster in de reactor boot (een dunne, strakke metalen mesh houder). Een schematische voorstelling van de reactor wordt gepresenteerd in Figuur 2.</li>
	<li>Open de drukmeter. Verwijder de sluiting van het GLB van de reactor. Handmatige bediening in de LabView-systeem inschakelen. Sluit de vervoerder stikstof en poort klep op de ALD-reactor. Open de vent stikstof.</li>
	<li>Na het verwijderen van het GLB reactor, het stof monster in de ALD reactor te laden. Vervangen van het GLB van de reactor en open de klep van de poort. Sluiten de ontluchting en de vervoerder stikstof te openen. Handmatige controle uitschakelen.</li>
	<li>Het recept voor Al2O3 op stoffen laden. Het recept zal afwisselend dosis trimethylaluminum (TMA) voor 1.2 s, gevolgd door een 30 s droge stikstof purge of water voor 1 dosis s gevolgd door een 60 s droge stikstof leegmaken. Stel het recept om uit te voeren van 1000 cycli.</li>
	<li>De massastroom controller instellen op 20 cfm en de temperatuur van de oven tot 90 ° C (84 ° C in de oven-interface).</li>
	<li>Open de handmatige klep aan de TMA en water. Sluit de drukmeter. Vervang de gesp op de dop van de reactor. Druk op Start op de interface.</li>
	<li>Na voltooiing van het recept, open de drukmeter. Verwijder de sluiting van het GLB van de reactor. Handmatige controle inschakelen in het systeem. Sluit de vervoerder stikstof en poort klep op de ALD-reactor. Open de vent stikstof.</li>
	<li>Verwijder de reactor GLB en monster boot. Opnieuw verzegelen de reactor. Opmerking: De procedure kan worden onderbroken op dit punt.</li>
</ol>2. atomische laag depositie (ALD) van TiO2 op Polyamide-6 (PA-6) Fiber matten
<ol><li>Leg een 2.54 x 2,54 cm2 PA-6 stof monster in de reactor boot (een dunne, strakke metalen mesh houder).</li>
	<li>Open de drukmeter. Verwijder de sluiting van het GLB van de reactor. Handmatige bediening in de LabView-systeem inschakelen. Sluit de vervoerder stikstof en poort klep op de ALD-reactor. Open de vent stikstof.</li>
	<li>Na het verwijderen van het GLB reactor, het stof monster in de ALD reactor te laden. Vervangen van het GLB van de reactor en open de klep van de poort. Sluiten de ontluchting en de vervoerder stikstof te openen. Handmatige controle uitschakelen.</li>
	<li>Het recept voor TiO2 op stoffen laden. Het recept zal afwisselend dosis TiCl4 voor 1 s, gevolgd door een 40 s droge stikstof purge of water voor 1 dosis s gevolgd door een 60 s droge stikstof leegmaken. Stel het recept 300 cycli uitgevoerd.</li>
	<li>De massastroom controller instellen op 20 cfm en de temperatuur van de oven tot 90 ° C (84 ° C in de oven-interface).</li>
	<li>Open de handmatige klep aan de TiCl4 en water. Sluit de drukmeter. Vervang de gesp op de dop van de reactor. Druk op Start op de interface.</li>
	<li>Na voltooiing van het recept, open de drukmeter. Verwijder de sluiting van het GLB van de reactor. Handmatige controle inschakelen in het systeem. Sluit de vervoerder stikstof en poort klep op de ALD-reactor. Open de vent stikstof.</li>
	<li>Verwijder de reactor GLB en monster boot. Opnieuw verzegelen de reactor. Opmerking: De procedure kan worden onderbroken op dit punt.</li>
</ol>3. Solvothermal synthese van MIL-96
<ol><li>0.0878 g van H3BTC wil in een bekerglas van 80 mL glas.</li>
	<li>12 mL H2O en 12 mL ethanol toevoegen aan het bekerglas.</li>
	<li>Roer magnetisch gedurende 10 minuten of totdat de H3BTC is volledig opgelost.</li>
	<li>Plaats de oplossing in een drukvat Teflon bekleed.</li>
	<li>Voeg de Al2O3 gecoate polypropyleen aan de oplossing en prop het weefsel op een drager van gaas, dus het ligt niet vlak tegen de onderkant van het schip.</li>
	<li>Zegel van het drukvat en plaats deze in de oven bij 110 ° C gedurende 24 uur.</li>
	<li>Na het toestaan van het monster, tot cool, leg het weefsel monster in een mesh mand in een bekerglas. Wassen tweemaal met ethanol, elk voor 12u.</li>
	<li>Monster activering vereist verwarming bij 85 ° C gedurende 6 uur onder vacuüm, gevolgd door verwarming bij 110 ° C gedurende 12 h onder vacuüm. Opmerking: De procedure kan hier gestopt worden. Alle monsters moeten worden opgeslagen in een exsiccator tot het handhaven van de activering van de steekproef.</li>
</ol>4. Solvothermal synthese van UiO-66-NH2
<ol><li>0.08 g van ZrCl4 aan een flesje van 20 mL glas Scintillatie toevoegen.</li>
	<li>Voeg 20 mL N, N-dimethylformamide (DMF) aan de ZrCl4 in stappen van 5 mL. Cap de ampul tussen stappen en toestaan van dampen te verdrijven.</li>
	<li>Bewerk ultrasone trillingen ten de oplossing voor 1 min.</li>
	<li>2-aminoterephthalic zuur 0.062 g toevoegen aan het flesje en magnetisch roer de oplossing gedurende 5 minuten.</li>
	<li>25 µL van gedeïoniseerd water aan de flacon toevoegen.</li>
	<li>Voeg 1,33 mL geconcentreerde HCl toe aan de flacon.</li>
	<li>Onderdompelen van de TiO2 ALD gecoate stof staal in de oplossing en de flacon van het GLB.</li>
	<li>Leg het monster in de oven op 85 ° C gedurende 24 uur.</li>
	<li>Na het toestaan van het monster, tot cool, leg het weefsel monster in een mesh mand in een bekerglas. Wassen tweemaal met 80 mL DMF, elk voor 12 h. Wash 3 keer met 80 mL ethanol, elk voor 12u.</li>
	<li>Na het verwijderen van het stof staal, filteren het residuele MOF-poeder. Wassen tweemaal met 80 mL DMF, elk voor 12 h. Wash 3 keer met 80 mL ethanol, elk voor 12u.</li>
	<li>Monster activering vereist verwarming bij 85 ° C gedurende 6 uur onder vacuüm, gevolgd door verwarming bij 110 ° C gedurende 12 h onder vacuüm. Opmerking: De procedure kan hier gestopt worden. Alle monsters moeten worden opgeslagen in een exsiccator tot het handhaven van de activering van de steekproef.</li>
</ol>

<ol><li>Furukawa, H., Cordova, K. E., O'Keeffe, M., Yaghi, O. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Chemistry+and+Applications+of+Metal-Organic+Frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Science+%28Washington%2C+DC%2C+U.+S.%29%22%5BJournal%5D)">The Chemistry and Applications of Metal-Organic Frameworks.</a> Science (Washington, DC, U. S.). 341 (6149), 974(2013).</li>
<li>Farha, O. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metal-Organic+Framework+Materials+with+Ultrahigh+Surface+Areas%3A+Is+the+Sky+the+Limit%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Metal-Organic Framework Materials with Ultrahigh Surface Areas: Is the Sky the Limit?</a> Journal of the American Chemical Society. 134 (36), 15016-15021 (2012).</li>
<li>Bobbitt, N. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metal-organic+frameworks+for+the+removal+of+toxic+industrial+chemicals+and+chemical+warfare+agents%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Metal-organic frameworks for the removal of toxic industrial chemicals and chemical warfare agents.</a> Chemical Society Reviews. 46 (11), 3357-3385 (2017).</li>
<li>Prawiec, P., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adem.200500223/abstract">Improved Hydrogen Storage in the Metal-Organic Framework Cu3(BTC)2.</a> Advanced Engineering Materials. 8 (4), 293-296 (2006).</li>
<li>Moon, S. -Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effective%2C+Facile%2C+and+Selective+Hydrolysis+of+the+Chemical+Warfare+Agent+VX+Using+Zr6-Based+Metal-Organic+Frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22Inorganic+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Effective, Facile, and Selective Hydrolysis of the Chemical Warfare Agent VX Using Zr6-Based Metal-Organic Frameworks.</a> Inorganic Chemistry. 54 (22), 10829-10833 (2015).</li>
<li>Zhou, H., Kitagawa, S. <a target="_blank" href="http://framergy.com/documents/chemSocRev-0914.pdf">Metal-Organic Frameworks (MOFs).</a> Chemical Society Reviews. 43 (16), 5415-5418 (2014).</li>
<li>Qiu, M., Chen, C., Li, W. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0920586115002485">Rapid controllable synthesis of Al-MIL-96 and its adsorption of nitrogenous VOCs.</a> Catalysis Today. 258, 132-138 (2015).</li>
<li>Abid, H. R., Rada, Z. H., Shang, J., Wang, S. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0277538716302686">Synthesis, characterization, and CO2 adsorption of three metal-organic frameworks (MOFs): MIL-53, MIL-96, and amino-MIL-53.</a> Polyhedron. 120, 103-111 (2016).</li>
<li>Lee, J. S., Jhung, S. H. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1387181109004399">Vapor-phase adsorption of alkylaromatics on aluminum-trimesate MIL-96: An unusual increase of adsorption capacity with temperature.</a> Microporous Mesoporous Materials. 129 (1-2), 274-277 (2010).</li>
<li>Gil-San-Millan, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemical+Warfare+Agents+Detoxification+Properties+of+Zirconium+Metal-Organic+Frameworks+by+Synergistic+Incorporation+of+Nucleophilic+and+Basic+Sites%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl.+Material+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Chemical Warfare Agents Detoxification Properties of Zirconium Metal-Organic Frameworks by Synergistic Incorporation of Nucleophilic and Basic Sites.</a> ACS Appl. Material Interfaces. 9 (28), 23967-23973 (2017).</li>
<li>Peterson, G. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tailoring+the+Pore+Size+and+Functionality+of+UiO-Type+Metal-Organic+Frameworks+for+Optimal+Nerve+Agent+Destruction%5BTitle%5D)+AND+%22Inorganic+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Tailoring the Pore Size and Functionality of UiO-Type Metal-Organic Frameworks for Optimal Nerve Agent Destruction.</a> Inorganic Chemistry. 54 (20), 9684-9686 (2015).</li>
<li>Katz, M. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exploiting+parameter+space+in+MOFs%3A+a+20-fold+enhancement+of+phosphate-ester+hydrolysis+with+UiO-66-NH2%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Science%22%5BJournal%5D)">Exploiting parameter space in MOFs: a 20-fold enhancement of phosphate-ester hydrolysis with UiO-66-NH2.</a> Chemical Science. 6 (4), 2286-2291 (2015).</li>
<li>Zhao, J., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admi.201400040/abstract">Highly Adsorptive, MOF-Functionalized Nonwoven Fiber Mats for Hazardous Gas Capture Enabled by Atomic Layer Deposition.</a> Advanced Materials Interface. 1 (4), 1400040(2014).</li>
<li>Peterson, G. W., Lu, A. X., Epps, T. H. III <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tuning+the+Morphology+and+Activity+of+Electrospun+Polystyrene%2F+UiO-66-NH2+Metal-Organic+Framework+Composites+to+Enhance+Chemical+Warfare+Agent+Removal%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Tuning the Morphology and Activity of Electrospun Polystyrene/ UiO-66-NH2 Metal-Organic Framework Composites to Enhance Chemical Warfare Agent Removal.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (37), 32248-32254 (2017).</li>
<li>Lee, D. T., Zhao, J., Peterson, G. W., Parsons, G. N. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemmater.7b00949">Catalytic ' MOF-Cloth ' Formed via Directed Supramolecular Assembly of UiO-66-NH 2 Crystals on Atomic Layer Deposition- Coated Textiles for Rapid Degradation of Chemical Warfare Agent Simulants.</a> Chemistry of Materials. 29 (11), 4894-4903 (2017).</li>
<li>López-maya, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Textile+%2F+Metal+-+Organic-Framework+Composites+as+Self-Detoxifying+Filters+for+Chemical-Warfare+Agents%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Textile / Metal - Organic-Framework Composites as Self-Detoxifying Filters for Chemical-Warfare Agents.</a> Angewandte Chemie International Edition. 54 (23), 6790-6794 (2015).</li>
<li>Zhao, J., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/ta/c4ta05501b">Conformal and highly adsorptive metal-organic framework thin films via layer-by-layer growth on ALD-coated fiber mats.</a> Journal of Materials Chemistry. A. 3 (4), 1458-1464 (2015).</li>
<li>Lemaire, P. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Copper+Benzenetricarboxylate+Metal-Organic+Framework+Nucleation+Mechanisms+on+Metal+Oxide+Powders+and+Thin+Films+formed+by+Atomic+Layer+Deposition%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Copper Benzenetricarboxylate Metal-Organic Framework Nucleation Mechanisms on Metal Oxide Powders and Thin Films formed by Atomic Layer Deposition.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (14), 9514-9522 (2016).</li>
<li>Zacher, D., Baunemann, A., Hermes, S., Fischer, R. A. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2007/jm/b703098c">Deposition of microcrystalline [Cu3(btc)2] and [Zn2(bdc)2(dabco)] at alumina and silica surfaces modified with patterned self assembled organic monolayers: evidence of surface selective and oriented growth.</a> Journal of Materials Chemistry. 17 (27), 2785-2792 (2007).</li>
<li>Parsons, G. N., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010854513001410">Mechanisms and reactions during atomic layer deposition on polymers.</a> Coordination Chemisty Reviews. 257 (23-24), 3323-3331 (2013).</li>
<li>Zhao, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Facile+Conversion+of+Hydroxy+Double+Salts+to+Metal-Organic+Frameworks+Using+Metal+Oxide+Particles+and+Atomic+Layer+Deposition+Thin-Film+Templates%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Soceity%22%5BJournal%5D)">Facile Conversion of Hydroxy Double Salts to Metal-Organic Frameworks Using Metal Oxide Particles and Atomic Layer Deposition Thin-Film Templates.</a> Journal of the American Chemical Soceity. 137 (43), 13756-13759 (2015).</li>
<li>Zhao, J., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201606656/abstract">Ultra-Fast Degradation of Chemical Warfare Agents Using MOF - Nanofiber Kebabs.</a> Angewandte Chemie International Edition. 55 (42), 13224-13228 (2016).</li>
<li>Lee, D., Zhao, J., Oldham, C., Peterson, G., Parsons, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((UiO-66-NH2+Metal%E2%80%93Organic+Framework+%28MOF%29+Nucleation+on+TiO2%2C+ZnO%2C+and+Al2O3+Atomic+Layer+Deposition-Treated+Polymer+Fibers%3A+Role+of+Metal+Oxide+on+MOF+Growth+and+Catalytic+Hydrolysis+of+Chemical+Warfare+Agent+Simulants%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">UiO-66-NH2 Metal–Organic Framework (MOF) Nucleation on TiO2, ZnO, and Al2O3 Atomic Layer Deposition-Treated Polymer Fibers: Role of Metal Oxide on MOF Growth and Catalytic Hydrolysis of Chemical Warfare Agent Simulants.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (51), 44847-44855 (2017).</li>
<li>Spagnola, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2010/jm/c0jm00355g/">Surface and sub-surface reactions during low temperature aluminium oxide atomic layer deposition on fiber-forming polymers.</a> Journal of Materials Chemistry. 20 (20), 4213-4222 (2010).</li>
<li>Nalwa, H. S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aNalwa%2C+HS+%22Handbook+of+low+and+high+dielectric+constant+materials+and+their+applications%22">Handbook of low and high dielectric constant materials and their applications</a>. , Academic Press. (1999).</li>
<li>Mcclure, C. D., Oldham, C., Walls, H., Parsons, G. <a target="_blank" href="http://avs.scitation.org/doi/full/10.1116/1.4817718">Large effect of titanium precursor on surface reactivity and mechanical strength of electrospun nanofibers coated with TiO2 by atomic layer deposition.</a> Journal of Vacuum Science and Technology A. 31 (6), 61506(2013).</li>
<li>Johnson, R. W., Hultqvist, A., Bent, S. F. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702114001436">A brief review of atomic layer deposition: from fundamentals to applications.</a> Materials Today. 17 (5), 236-246 (2014).</li>
<li>Stassen, I., Vos, D. D. e, Ameloot, R. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/chem.201601921/abstract">Vapor-Phase Deposition and Modification of Metal - Organic Frameworks State-of-the-Art and Future Directions.</a> Chemistry: A European Journal. 22 (41), 14452-14460 (2016).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

De ALD coating een sterke invloed op de hechting en laden van de MOF. Eerst, afhankelijk van het soort substraat en ALD voorloper, de ALD laag vormen een aparte buitenste schil rond de vezel, of kan verspreiden in de vezel tot het maken van een geleidelijke overgang naar de metaaloxide coating20. De harde shell geconstateerd is van katoen en nylon substraten, terwijl diffusive lagen kunnen worden waargenomen in polypropyleen onder goede omstandigheden. Ten tweede kan de verspreiding in de vezel oo...

Metaal-organische kaders zijn kristallijnen structuren bestaande uit reactieve metalen cluster centra overbrugd door organisch molecuul linkers kunnen grote porosities en oppervlakten. Hun structuur, porositeit en functionaliteit kunnen worden ontworpen door passende clusters en linkers, wat leidt tot oppervlakten maar liefst 7000 m2/gMOF1,2te kiezen. Hun hoge porositeit en oppervlakte hebben geboekt MOFs divers toepasselijke adsorptie, scheiding en heterogene katalyse op gebieden variërend van energieproductie tot milieuoverwegingen aan biologische processen1,3, 4,5,6.
Vele MOFs hebben bewezen succesvol in het selectief adsorberend vluchtige organische stoffen en broeikasgassen of te degraderen catalytically chemicaliën die schadelijk zijn voor de menselijke gezondheid of het milieu kunnen blijken. In het bijzonder, MIL-96 (Al) gebleken selectief adsorberen stikstofhoudende vluchtige organische stoffen (VOS) als gevolg van de beschikbaarheid van vrij elektronenpaar elektronen in de groepen van de stikstof te coördineren met het zwakke zuur Lewis-Al aanwezig in de metalen clusters7. MIL-96 heeft ook aangetoond dat het adsorberen van gassen zoals CO2, p-xyleen, en m-xyleen8,9. MOF adsorptie selectiviteit is afhankelijk van zowel de Lewiszuur voor de metalen cluster, evenals de poriegrootte. De poriegrootte van MIL-96 toeneemt met de temperatuur, wat resulteert in verhoogde adsorptie capaciteit van trimethylbenzene met verhoogde temperatuur, en biedt de mogelijkheid van tuning selectiviteit met adsorptie temperatuur9.
De tweede MOF van focus hier, UiO-66-NH2 heeft aangetoond dat degraderen catalytically chemische oorlogvoering agenten (CWA's) en bij gebruik van simulanten. De amine-groep op de linker biedt een synergie-effect in de vernederende zenuw agenten, terwijl het voorkomen van agent afbraakproducten van onherroepelijk te binden aan de zirkonium clusters en vergiftiging van de MOF-10. UiO-66-NH2 heeft catalytically gehydrolyseerd dimethyl- p- nitrophenylphosphate (DMNP) met een halfwaardetijd 0.7 minuten in gebufferde omstandigheden, zo kort bijna 20 keer sneller dan haar basis MOF UiO-6611,12.
Terwijl deze adsorptie- en katalytische eigenschappen veelbelovend zijn, kan de fysische vorm van de MOFs, voornamelijk bulk poeder, moeilijk zijn te integreren in platformen voor het afvangen en filtratie zonder significante bulk toevoegen, verstopping poriën of vermindering van de MOF flexibiliteit. Een alternatief is het creëren van MOF matiemaatschappij stoffen. MOFs zijn opgenomen in stoffen op talloze manieren, met inbegrip van electrospinning MOF poeder/polymeer slurries, zelfklevende mixen, spray coating, solvothermal groei, magnetron syntheses, en een groei van de laag-voor-laag methode13,14 , 15 , 16 , 17 , 18. hiervan, electrospinning en polymeer-lijmen kunnen leiden tot geblokkeerde functionele sites op de MOF zoals ze zijn ingekapseld in het polymeer, adsorptie capaciteit en reactiviteit aanzienlijk te verlagen. Bovendien, veel van deze technieken niet hoekgetrouwe coatings op de vezels als gevolg van de lijn van het zicht problemen of slechte hechting/nucleatie en de afhankelijkheid van louter Elektrostatische interacties maken. Een alternatieve methode is het eerste vacht het weefsel met een metaaloxide te zorgen voor sterkere oppervlakte interacties met de MOF18,19.
Een methode van metaaloxide afzetting is atomische laag depositie (ALD). ALD is een techniek om hoekgetrouwe dunne lagen, controleerbaar op de atoomschaal te storten. Het proces maakt gebruik van twee halve reacties die alleen aan het oppervlak van het substraat optreden te worden bekleed. De eerste stap is om de dosis van een metaal met de voorloper, die met hydroxyls op het oppervlak reageert, een oppervlak metallated verlaten terwijl overtollige reactieve wordt verwijderd uit het systeem. De tweede reactieve is een reactieve zuurstof-bevattende, meestal water, die reageert met de metalen sites om te vormen van een metaaloxide. Nogmaals, overtollige water en geen reactieproducten zijn verwijderd uit het systeem. Deze wisselende doses en zuiveringen kunnen worden herhaald totdat de gewenste laagdikte is bereikt (Figuur 1). Atomische laag depositie is vooral handig omdat de kleinschalige damp fase precursoren toestaan voor hoekgetrouwe films op elk oppervlak van substraten met complexe topologie, zoals fiber matten. Bovendien, voor polymeren zoals polypropyleen kunnen de ALD voorwaarden de coating te verspreiden in het oppervlak van de vezel, het verstrekken van een sterk anker voor toekomstige groei van de MOF20.
De metaaloxide coating zorgt voor verhoogde nucleatie sites op de vezels tijdens de traditionele solvothermal synthese door functionele groepen en ruwheid18,20te verhogen. Onze fractie heeft eerder getoond de ALD metaaloxide basis laag is effectief voor UiO-6 X, HKUST-1 en andere syntheses via verschillende routes van solvothermal, laag-voor-laag en hydroxy-double zout conversie methoden13,17, 18,21,22,23. We laten hier zien twee synthese typen. De MIL-materialen worden gevormd door het omzetten van de Al2O3 ALD coating rechtstreeks naar MOF door diffusie van de organische linker. Door dompelen een Al2O3 ALD gecoate vezel mat in trimesic zuuroplossing en Verwarming, diffundeert de organische linker naar de metaaloxide coating formulier MIL-96. Dit resulteert in een sterk zelfklevend, hoekgetrouwe MOF coating op het oppervlak van iedere vezel. De tweede synthese benadering vraagt om typische UiO-66-NH2 hydrothermale synthese met behulp van metalen en organische precursoren, maar voegt een metaaloxide gecoate vezel mat waarop de MOF nucleëert. Voor beide benaderingen van synthese, de resulterende producten bestaan hoekgetrouwe dunne films van MOF kristallen die sterk wordt vastgehouden aan de ondersteunende structuur. In het geval van MIL-96, kunnen deze worden opgenomen in de filters voor adsorptie van vluchtige organische stoffen of gassen met een broeikaseffect. Voor UiO-66-NH2 kunnen deze stoffen worden gemakkelijk opgenomen in lichtgewicht beschermende kleding voor militairen, eerste responders en burgers voor continue verdediging tegen aanvallen van de CWA.

<table><tbody><tr><td>trimethylaluminum</td><td>Strem Chemicals</td><td>93-1360</td><td></td></tr><tr><td>zelfgebouwde ALD-reactor</td><td>N/A</td><td></td><td></td></tr><tr><td>stikstofcilinder</td><td>Arc3</td><td>UN1066</td><td></td></tr><tr><td>trimesinezuur</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>482749-500G</td><td></td></tr><tr><td>ethanol</td><td>Koptec</td><td>V1001</td><td></td></tr><tr><td>teflon gevoerde autoclaaf</td><td>PARR Instrument Company</td><td>4760-1211</td><td></td></tr><tr><td>isotemp-oven</td><td>Fisher Scientific</td><td>F47925</td><td></td></tr><tr><td>Zirconium (IV) chloride</td><td>Alfa Aesar</td><td>12104</td><td></td></tr><tr><td>2-aminotereftaalzuur</td><td>Acros Organics</td><td>278031000</td><td></td></tr><tr><td>N,N-dimethylformamide</td><td>Fisher Scientific</td><td>D119-4</td><td></td></tr><tr><td>Zoutzuur</td><td>Fisher Scientific</td><td>A481-212</td><td></td></tr><tr><td>Polypropyleenvezelmatten</td><td>N/A</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Polyamidevezelmatten</td><td>N/A</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

solvothermal synthese van mil-96 en uio-66-nh2 op atomische laag gestort metaaloxide coatings op fiber matten

Solvothermal Synthesis of MIL-96 and UiO-66-NH2 on Atomic Layer Deposited Metal Oxide Coatings on Fiber Mats

Metaal-organische kaders (MOFs), die bevatten reactieve metalen clusters en organische liganden, waardoor grote porosities en oppervlakten, hebben bewezen effectief in gas adsorptie, scheidingen en katalyse. MOFs worden meestal als bulk poeder, vereisen extra processen te houden hen aan functionele apparaten en stoffen dat risico verminderen de poeder porositeit en adsorptie capaciteit gesynthetiseerd. Hier tonen we een methode van eerste coating stoffen met metaaloxide films met behulp van atomische laag depositie (ALD). Dit proces creëert hoekgetrouwe films van beheersbare dikte op elke vezel, terwijl het verstrekken van een meer reactieve oppervlak voor MOF nucleatie. Door dompelen de ALD gecoate stof in oplossing tijdens solvothermal MOF synthese, maken de MOFs een hoekgetrouwe goed zelfklevend coating op de vezels, wat resulteert in een MOF-matiemaatschappij weefsel, zonder extra hechting materialen die poriën van MOF blokkeren kan en functionele websites. We laten hier zien twee solvothermal synthesemethoden. Ten eerste vormen we een MIL-96(Al) laag op polypropyleen vezels, synthetische voorwaarden die de metaaloxide naar MOF converteren gebruiken. Met behulp van oorspronkelijke anorganische films van verschillende diktes, verspreiding van de organische linker in de anorganische stelt ons in staat om te bepalen van de omvang van de MOF laden op de stof. Ten tweede voeren we een solvothermal synthese van UiO-66-NH2 waarin de MOF nucleëert op de hoekgetrouwe metaaloxide coating op een polyamide-6 (PA-6) vezels, waardoor het produceren van een uniforme en hoekgetrouwe dunne film van MOF op de stof. De resulterende materialen kunnen direct worden opgenomen in filter apparaten of beschermende kleding en elimineren de onhandig kwaliteiten van losse poeder.

Om te beschrijven de MOF/textiel, bakenen we twee termen gerelateerde aan de gemeten oppervlakte. Eerste, geprojecteerde oppervlakte, cm2geprojecteerde, verwijst naar de macroscopische grootte van het staal van de stof zoals gemeten met een liniaal, dwz., het gebied van het monster de schaduw geprojecteerd. Het tweede oppervlak van belang is de oppervlakte van inzet, berekend op basis van een stikstof-Thermo verkregen op 77 K. Deze waarden worden gegeven in ...

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

Metal-organic frameworks (MOFs), which contain reactive metal clusters and organic ligands allowing for large porosities and surface areas, have proven ...

Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen op het gebied van metaalorganische frameworks, zoals de aard van oppervlaktenucleatie en MOF-adhesie. Het grote voordeel van deze techniek is dat het MOF-films op stof produceert tijdens de MOF-synthese, in plaats van dat er extra verwerkingsstappen nodig zijn om MOF aan het vezel te hechten. Dennis Lee, een afstudeerstudent uit mijn laboratorium, zal de procedure demonstreren.Plaats eerst een PA-6 stoffena monster in een reactorboot. Open de drukmeter van de ALD-reactor en verwijder de gesp van de reactordop. Zet vervolgens de handmatige bediening aan in het lab view-systeem.Sluit de dragerstikstof en de sluiventil op de ALD-reactor. Open vervolgens de ontluchtingsstikstof. De reactor zal opengaan en de dop zal eraf vallen.Na het verwijderen van de reactordop, laadt u het stoffenamonster in de ALD-reactor. Vervang de reactordop. Open vervolgens de sluiventil.Open vervolgens de dragerstikstof en sluit de ontluchting. Schakel vervolgens de handmatige bediening uit. Laad het recept voor titaniumoxide op stoffen.Stel het recept in om 300 cycli uit te voeren. Stel vervolgens de massastroomregelaar in op 20 kubieke voet per minuut en de oventemperatuur op 90 graden Celsius. Open de handmatige klep voor titaniumtetrachloride en water.Sluit de drukmeter en plaats de gesp weer op de reactordop. Druk vervolgens op start op de interface. Na voltooiing van het recept, opent u de drukmeter.Verwijder de gesp van de reactordop. Schakel vervolgens de handmatige bediening in het systeem in. Sluit vervolgens de dragerstikstof en de sluiventil op de ALD-reactor.Open vervolgens de ontluchtingsstikstof. De reactor zal opengaan en de dop zal eraf vallen. Verwijder de steekproefboot.Verzegeld de reactor opnieuw. Voeg 0,0878 gram trimesinezuur toe aan een glasbeker van 80 milliliter. Voeg 12 milliliter water en 12 milliliter ethanol toe aan de beker.Voeg vervolgens een magnetische roerbalk toe aan de oplossing en roer tot de trimesinezuur volledig is opgelost. Plaats vervolgens de oplossing in een met Teflon bekleed drukvat. Voeg eerder bereid aluminiumoxide-gecodeerd polypropyleen toe aan de oplossing en steun het stoffena op een gaasondersteuning zodat het niet plat tegen de bodem van het vat ligt.Verzegeld vervolgens het drukvat en plaats het in de oven op 110 graden Celsius gedurende 24 uur. Voeg 0,08 gram zirkoniumchloride toe aan een glazen schintillatieflacon van 20 milliliter. Voeg 20 milliliter DMF toe aan het zirkoniumchloride in vijf milliliter incrementen.Dompel de fles tussen incrementen in en laat de dampen verdampen. Roer vervolgens de oplossing gedurende één minuut. Voeg 0,062 gram 2-aminotereftaalzuur en een magnetische roerbalk toe aan de fles.Roer de oplossing gedurende vijf minuten. Voeg na het roeren 25 microliter gedeïoniseerd water toe aan de fles. Voeg vervolgens 1,33 milliliter geconcentreerd zoutzuur toe aan de fles.Dompel nu de titaniumdioxide ALD-gecodeerde stoffenamonster in de oplossing en dompel de fles. Plaats tenslotte het steekproefmateriaal in de oven op 85 graden Celsius gedurende 24 uur. Scanning electron microscopy toonde conforme MOF-kristaldunne films op alle vezels vergelijkbaar met een kobbelstenen patroon.Toen het aluminiumoxide werd gereduceerd, begon de film uit elkaar te vallen terwijl de MOF zich vormde, wat resulteerde in een onregelmatige codering. Een naakt polypropyleenmonster werd blootgesteld aan MIL-96-synthesecondities, maar XRD toonde geen detecteerbare MOF op de vezels. Dwarsdoorsneden beelden onthulden dat de 500-cyclus aluminiumoxide-basislaag volledig was gereacteerd, terwijl een fractie van de aluminiumoxide-basislaag overbleef voor de 1.000 en 2.000-cyclusvoorbeelden.Dwarsdoorsneden van het aluminiumoxide ALD-gecodeerde polypropyleen worden hier getoond. Elektronendispersiespectroscopie-beelden van de dwarsdoorsnede onthulden de koolstofgebaseerde polypropyleenkern en overwegend aluminiumoxide-omhulsel. XRD-patronen van het MOF-gecodeerde stoffena dat overeenkomt met het gesimuleerde PXRD-patroon van MIL-96 worden hier getoond.Na de solvothermale MOF-synthese onthulden XRD-patronen dat UIO-66-amine op de vezels aanwezig was. SEM-beelden toonden schilferige MOF-coderingen op de 50 graden Celsius-steekproeven, dichte MOF-coderingen op de 90 graden Celsius-steekproeven en schaarse MOF-coderingen op de 200 graden Celsius-steekproeven. Een niet-gecodeerde PA-6-steekproef werd blootgesteld aan UIO-66-amine-synthesecondities, wat resulteerde in een relatief schaarse MOF-codering.Na het bekijken van deze video, zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u conforme MOF-films op ALD-gecodeerde substraten kunt produceren.

solvothermal-synthesis-mil-96-uio-66-nh2-on-atomic-layer-deposited

Research

JoVE Journal

Chemistry

Scheikunde

We beschrijven het gebruik van gepulste laser depositie (PLD), fotolithografie en wire-bonding technieken micrometer meervoudige oxiden apparaten. Het PLD wordt gebruikt om epitaxiale dunne films te laten groeien. Fotolithografie en wire-bonding technieken worden ingevoerd om praktische hulpmiddelen voor de meting doeleinden te creëren.

Fabricage van plaatsgebonden complexe oxiden

Een “verwijderbare keramische coatingmethode” wordt in visuele vorm gepresenteerd voor de synthese van niet-gesinterde en metaal-getermineerde monometallische en bimetallische vroege overgangsmetaalcarbide en -nitride nanodeeltjes met instelbare grootten en kristalstructuren.

Reverse-micro-emulsie gemedieerde synthese van monometallische en bimetaal Vroege Transition Metal Carbide en nitride Nanodeeltjes

Een protocol voor het vervaardigen van poreuze, nanogestructureerde met yttriumoxide gestabiliseerd zirkoniumoxide (YSZ) scaffolds bij temperaturen tussen 1000 ° C en 1400 ° C is weergegeven.

High Temperature Fabricage van nanostructuur yttriumoxide-gestabiliseerde Zirconia (YSZ) Steigers door<em&gt; In Situ</em&gt; Carbon Templating xerogels

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 tonen we een unieke, relatief lage temperatuur, gesmolten zout synthese-methode voor het opstellen van uniforme complexe metaaloxide lanthanium hafnate nanodeeltjes.

Gesmolten-zout synthese van complexe metaaloxide nanodeeltjes

Hier demonstreren we een protocol voor de tweestapssynthese van enkelkristallijne kernschillen met behulp van een niet-isostructureel metaal-organisch raamwerk (MOF)-paar, HKUST-1 en MOF-5, die goed op elkaar afgestemde kristalroosters hebben.

Synthese van enkelkristallijne kern-schil metaal-organische raamwerken

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

Dit protocol beschrijft de synthese, hemoglobine-inkapseling en oppervlakte-PEGylatie van hiërarchisch poreuze UiO-66-nanodeeltjes die ontworpen zijn voor zuurstofafgifte. De procedure combineert defectengineering met rekbevorderde biorthogonale conjugatie om zeer doorlatende en fysiologisch stabiele dragers te genereren die geschikt zijn voor biomedische toepassingen.

Synthese, hemoglobine-inkapseling en biorthogonale PEGylatie in hiërarchisch poreuze uiO-66-nanodeeltjes voor zuurstofafgiftetoepassingen

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 solvothermale synthese van MOF-films op ALD-gecoate vezels. Deze methode produceert conforme metal-organic frameworks op textiel zonder extra bewerkingsstappen, wat onderzoek naar oppervlaktenucleatie en hechting vereenvoudigt.

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

Meer video's verkennen