Name: Síntese de Solvothermal de MIL-96 e UiO-66-NH2 na camada atômica depositado revestimentos de óxido metálico em esteiras de fibra (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-06-13T14:45:00.000+00:00
Duration: 6 min
Description: Aprenda a síntese solvotermal de MOFs em tecidos revestidos com óxidos metálicos por deposição de camada atômica. Este método produz filmes conformes de MIL-96 e UiO-66-NH₂ diretamente nas fibras, eliminando etapas adicionais de processamento.

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Os autores graças a seus colaboradores a RTI International, nos exército soldado Natick RD & E centro e Edgewood químicas e biológicas centro. Eles também graças a sua fonte de financiamento, agência de redução da ameaça da defesa.

1. deposição de camada atômica (ALD) de Al2O3 em tapetes de fibra
<ol><li>Coloca uma amostra de tecido de polipropileno de2 2,54 x 2,54 cm no barco reactor (um titular de malha fina, rígida, metal). Um esquema do reator é apresentado na Figura 2.</li>
	<li>Abra o medidor de pressão. Remova o fecho da tampa do reator. Ative o controle manual no sistema de LabView. Feche a válvula de nitrogênio e portão do portador do reator de ALD. Abra o nitrogênio de ventilação.</li>
	<li>Depois de retirar a tampa do reator, carrega a amostra de tecido para o reator ALD. Recoloque a tampa do reator e abrir a válvula. Feche a ventilação e abrir o nitrogênio do portador. Desative o controle manual.</li>
	<li>Carrega a receita para o Al2O3 em tecidos. A receita será alternadamente dose trimethylaluminum (TMA) para 1.2 s, seguido de um nitrogênio seco 30 de s purge ou dose de água para 1 s seguido de um nitrogênio seco 60 de s purge. Defina a receita para executar 1000 ciclos.</li>
	<li>Defina o controlador de fluxo de massa para 20 cfm e a temperatura do forno a 90 ° C (84 ° C na interface da fornalha).</li>
	<li>Abra a válvula manual para o TMA e a água. Feche a pressão no manômetro. Substitua o fecho da tampa do reator. Pressione Iniciar na interface.</li>
	<li>Após a conclusão da receita, abra o manômetro. Remova o fecho da tampa do reator. Ative o controle manual no sistema. Feche a válvula de nitrogênio e portão do portador do reator de ALD. Abra o nitrogênio de ventilação.</li>
	<li>Remova o barco de cap e amostra de reator. Re-selo do reator. Nota: O procedimento pode ser uma pausa neste ponto.</li>
</ol>2. deposição de camada atômica (ALD) de TiO2 em esteiras de fibra de poliamida-6 (PA-6)
<ol><li>Coloca uma amostra de tecido de2 PA-6 2,54 x 2,54 cm no barco reactor (um titular de malha fina, rígida, metal).</li>
	<li>Abra o medidor de pressão. Remova o fecho da tampa do reator. Ative o controle manual no sistema de LabView. Feche a válvula de nitrogênio e portão do portador do reator de ALD. Abra o nitrogênio de ventilação.</li>
	<li>Depois de retirar a tampa do reator, carrega a amostra de tecido para o reator ALD. Recoloque a tampa do reator e abrir a válvula. Feche a ventilação e abrir o nitrogênio do portador. Desative o controle manual.</li>
	<li>Carrega a receita para o TiO2 em tecidos. A receita será alternadamente dose TiCl4 por 1 s, seguido de um nitrogênio seco de s 40 purge ou dose de água para 1 s seguido de um nitrogênio seco 60 de s purge. Defina a receita para executar 300 ciclos.</li>
	<li>Defina o controlador de fluxo de massa para 20 cfm e a temperatura do forno a 90 ° C (84 ° C na interface da fornalha).</li>
	<li>Abra a válvula manual para o TiCl4 e água. Feche a pressão no manômetro. Substitua o fecho da tampa do reator. Pressione Iniciar na interface.</li>
	<li>Após a conclusão da receita, abra o manômetro. Remova o fecho da tampa do reator. Ative o controle manual no sistema. Feche a válvula de nitrogênio e portão do portador do reator de ALD. Abra o nitrogênio de ventilação.</li>
	<li>Remova o barco de cap e amostra de reator. Re-selo do reator. Nota: O procedimento pode ser uma pausa neste ponto.</li>
</ol>3. Solvothermal síntese de MIL-96
<ol><li>Adicione 0,0878 g de H3BTC para um copo de vidro de 80 mL.</li>
	<li>Adicione 12 mL de H2O e 12 mL de etanol para o copo.</li>
	<li>Mexa-se magneticamente por 10 min ou até que o H3BTC é totalmente dissolvido.</li>
	<li>Coloque a solução em um recipiente de pressão Teflon revestido.</li>
	<li>Adicione o Al2O3 revestido de polipropileno para a solução e coloque o tecido sobre um suporte de malha não deite-se contra o fundo do navio.</li>
	<li>Selo do vaso de pressão e coloque-o no forno a 110 ° C por 24 h.</li>
	<li>Após permitir a amostra esfriar, coloque a amostra de tecido em uma cesta de malha em um copo. Lave duas vezes com etanol, cada um por 12 h.</li>
	<li>Ativação de amostra requer aquecimento a 85 ° C por 6 h sob vácuo, seguido de aquecimento a 110 ° C, durante 12 h sob vácuo. Nota: O procedimento pode ser parado aqui. Todas as amostras devem ser armazenadas em um dessecador para manter a ativação da amostra.</li>
</ol>4. Solvothermal síntese de UiO-66-NH2
<ol><li>Adicione 0,08 g de ZrCl4 para um frasco de cintilação de vidro de 20 mL.</li>
	<li>Adicione 20 mL de N, N-dimetilformamida (DMF) para o ZrCl4 em incrementos de 5 mL. Tampar o frasco entre incrementos e permitir que a fumaça se dissipar.</li>
	<li>Proceda à sonicação a solução por 1 min.</li>
	<li>Adicionar 0,062 g de ácido 2-aminoterephthalic para o frasco e magneticamente agitar a solução durante 5 min.</li>
	<li>Adicione 25 µ l de água desionizada ao frasco.</li>
	<li>Adicione 1,33 mL de HCl concentrado para o frasco.</li>
	<li>Submergir a amostra de tecido revestido TiO2 ALD na solução e o frasco do tampão.</li>
	<li>Coloca a amostra na fornalha a 85 ° C por 24 h.</li>
	<li>Após permitir a amostra esfriar, coloque a amostra de tecido em uma cesta de malha em um copo. Lave duas vezes com 80 mL de DMF, cada um por 12 h. lavar 3 vezes com 80 mL de etanol, cada um por 12 h.</li>
	<li>Depois de retirar a amostra de tecido, filtre o pó residual do MOF. Lave duas vezes com 80 mL de DMF, cada um por 12 h. lavar 3 vezes com 80 mL de etanol, cada um por 12 h.</li>
	<li>Ativação de amostra requer aquecimento a 85 ° C por 6 h sob vácuo, seguido de aquecimento a 110 ° C, durante 12 h sob vácuo. Nota: O procedimento pode ser parado aqui. Todas as amostras devem ser armazenadas em um dessecador para manter a ativação da amostra.</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>

Os autores não têm nada para divulgar.

O revestimento de ALD influencia fortemente a adesão e o carregamento do MOF. Primeiro, dependendo do tipo de substrato e precursor ALD, a camada ALD pode formar uma carapaça distinta em torno da fibra, ou se espalham a fibra para criar uma transição gradual para o revestimento de óxido de metal20. O escudo duro tem sido observado em substratos de algodão e nylon, enquanto difusiva camadas podem ser observadas em polipropileno sob condições apropriadas. Em segundo lugar, a difusão em fibra também ...

Estruturas de metal-orgânicos são estruturas cristalinas, consistindo de um aglomerado de metal reativo centros ligados por linkers molécula orgânica para fornecer grandes porosidades e áreas de superfície. Sua estrutura, porosidade e funcionalidade podem ser projetados, escolhendo clusters apropriados e linkers, levando a áreas de superfície tão altas quanto 7.000 m2/gMOF1,2. Sua alta porosidade e área superficial fizeram MOFs diversamente aplicável em separação, adsorção e catálise heterogênea em domínios que vão desde a produção de energia para as preocupações ambientais a processos biológicos1,3, 4,5,6.
MOFs numerosos têm sido bem sucedidos em seletivamente adsorção de compostos orgânicos voláteis e gases de efeito estufa ou cataliticamente degradar substâncias químicas que podem revelar-se prejudicial à saúde humana ou o ambiente. Em particular, MIL-96 (Al) tem mostrado para seletivamente adsorver compostos nitrogenados orgânicos voláteis (COV) devido à disponibilidade dos elétrons do par solitário a grupos de nitrogênio para coordenar com o fraco Lewis Al ácido presente no metal aglomerados7. MIL-96 também foi mostrado para adsorver gases como CO2, p-xileno e m-xileno8,9. Seletividade de adsorção do MOF é dependente de ambos o ácido de Lewis do cluster de metal, bem como o tamanho dos poros. O tamanho dos poros do MIL-96 aumenta com a temperatura, resultando em capacidade de maior absorção do trimetilbenzeno com aumento da temperatura e apresenta a oportunidade de ajustar a seletividade com adsorção temperatura9.
O MOF segundo de foco aqui, UiO-66-NH2 foi mostrado para degradar cataliticamente agentes de guerra química (CWA) e simuladores. O grupo amina no vinculador fornece um efeito sinérgico no degradante agentes nervosos, evitando produtos de degradação do agente de ligação irreversivelmente a clusters de zircônio e envenenamento do MOF10. UiO-66-NH2 tem cataliticamente hidrolisado dimetil p- nitrofenilfosfato (DMNP) com uma meia-vida tão curta como a 0,7 minutos em condições tamponadas, quase 20 vezes mais rápido do que sua base MOF UiO-6611,12.
Enquanto estes adsorção e propriedades catalíticas são promissores, a forma física de MOFs do, principalmente o pó em massa, pode ser difícil de incorporar em plataformas de captura de gases e filtragem sem adicionar o volume significativo, obstruir os poros ou reduzindo o MOF flexibilidade. Uma alternativa é criar tecidos MOF acrescido. MOFs foram incorporadas tecidos em inúmeras formas, incluindo polpas de pó/polímero eletrofiação MOF, mistura de adesivo, spray de revestimento, solvothermal crescimento, sínteses de microondas e um método de crescimento de camada por camada13,14 , 15 , 16 , 17 , 18. destes, adesivos eletrofiação e polímero podem resultar em sites bloqueados funcionais, sobre o MOF como eles são encapsulados em polímero, diminuindo significativamente a capacidade de adsorção e reatividade. Além disso, muitas dessas técnicas não conseguem criar revestimentos conformados sobre as fibras, devido a dificuldades de visão ou pobre adesão/nucleação e a dependência de interações puramente eletrostáticas. Um método alternativo é a primeira camada do tecido com um óxido de metal para permitir interações de superfície mais fortes com o MOF18,19.
Um método de deposição de óxido metálico é a deposição de camada atômica (ALD). ALD é uma técnica para depositar filmes finos conformados, controláveis na escala atômica. O processo utiliza dois meia reações que ocorrem somente na superfície do substrato a ser revestido. O primeiro passo é a dose de um metal contendo precursor, que reage com hidroxilas na superfície, deixando uma superfície de metallated, enquanto o reagente em excesso é removido do sistema. O segundo reagente é um reagente contendo oxigênio, normalmente água, que reage com os sites de metal para formar um óxido de metal. Novamente, o excesso de água e quaisquer produtos de reação são removidos do sistema. Essas doses alternadas e expurgos podem ser repetidos até que a espessura da película desejada é alcançada (Figura 1). Deposição de camada atômica é particularmente útil porque os precursores de fase vapor em pequena escala permitam conformados filmes em cada superfície de substratos com topologia complexa, tais como tapetes de fibra. Além disso, para polímeros como polipropileno, as condições ALD podem permitir que o revestimento para difusa na superfície da fibra, proporcionando uma forte âncora para futuro crescimento de MOF20.
O revestimento de óxido de metal permite sites de nucleação aumento nas fibras durante a síntese de solvothermal tradicional aumentando grupos funcionais e aspereza18,20. Nosso grupo tem mostrado anteriormente o óxido de metal de ALD base camada é eficaz para UiO-6x, HKUST-1 e outras sínteses através de várias rotas de solvothermal, camada por camada e sal hidroxi-dupla conversão métodos13,17, 18,21,22,23. Aqui vamos mostrar dois tipos de síntese. Os materiais MIL são formados, convertendo o revestimento de ALD Al2O3 diretamente ao MOF por difusão do vinculador orgânico. Submergindo um Al2O3 ALD fibra revestido mat em solução de ácido trimésicas e aquecimento, o vinculador orgânico difunde-se para o revestimento de óxido de metal para formar MIL-96. Isso resulta em um revestimento de MOF fortemente aderido, conformal em cada superfície de fibra. A segunda abordagem de síntese exige típico UiO-66-NH2 hidrotermal síntese usando metais e orgânicos precursores, mas adiciona uma esteira de fibra revestido de óxido de metal em que nucleates o MOF. Para ambas as abordagens de síntese, os produtos resultantes consistem em filmes finos conformados de MOF cristais fortemente aderiram ao tecido de suporte. No caso da MIL-96, estas podem ser incorporadas em filtros para a adsorção de compostos orgânicos voláteis ou de gases de efeito estufa. Para UiO-66-NH2 estes tecidos podem ser facilmente incorporados em leve roupa protetora para socorristas, militares e civis para a contínua defesa contra ataques CWA.

<table><tbody><tr><td>trimetilalumínio</td><td>Strem Chemicals</td><td>93-1360</td><td></td></tr><tr><td>reator ALD caseiro</td><td>N / A</td><td></td><td></td></tr><tr><td>cilindro de nitrogênio</td><td>Arc3</td><td>UN1066</td><td></td></tr><tr><td>ácido trimésico</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>482749-500G</td><td></td></tr><tr><td>etanol</td><td>Koptec</td><td>V1001</td><td></td></tr><tr><td>autoclave revestida de teflon</td><td>PARR Instrument Company</td><td>4760-1211</td><td></td></tr><tr><td>forno isotemp</td><td>Fisher Scientific</td><td>F47925</td><td></td></tr><tr><td>Cloreto de zircônio (IV)</td><td>Alfa Aesar</td><td>12104</td><td></td></tr><tr><td>Ácido 2-aminotereftálico</td><td>Acros Organics</td><td>278031000</td><td></td></tr><tr><td>N,N-dimetilformamida</td><td>Fisher Scientific</td><td>D119-4</td><td></td></tr><tr><td>Ácido clorídrico</td><td>Fisher Scientific</td><td>A481-212</td><td></td></tr><tr><td>Tapetes de fibra de polipropileno</td><td>N/A</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Tapetes de fibra de poliamida</td><td>N/A</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

síntese de solvothermal de mil-96 e uio-66-nh2 na camada atômica depositado revestimentos de óxido metálico em esteiras de fibra

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

Estruturas metal-orgânicas (MOFs), que contêm clusters reativos de metal e ligantes orgânicos, permitindo grandes porosidades e áreas de superfície, têm se mostrado eficazes em catálise, separações e adsorção de gás. MOFs mais comumente são sintetizados como pó granel, exigindo processos adicionais para cumprir os tecidos e dispositivos funcionais esse risco de diminuição da capacidade de porosidade e adsorção de pó. Aqui, vamos demonstrar um método de primeiros tecidos de revestimento com filmes de óxido de metal usando a deposição de camada atômica (ALD). Este processo cria conformados filmes de espessura controlável em cada fibra, proporcionando uma superfície mais reativa para nucleação do MOF. Submergindo o tecido revestido de ALD em solução durante a síntese de solvothermal MOF, os MOFs criam um revestimento conformal, bem aderido nas fibras, resultando em um tecido MOF-acrescida, sem materiais de adesão adicionais que podem bloquear os poros do MOF e sites funcionais. Aqui demonstramos dois métodos de síntese de solvothermal. Primeiro, nós formam uma camada de MIL-96(Al) em fibras de polipropileno usando condições sintéticas que convertem o óxido de metal para MOF. Usando filmes inorgânicos iniciais de diferentes espessuras, difusão do vinculador orgânico em inorgânico nos permite controlar a extensão do MOF na tela de carregamento. Em segundo lugar, realizamos uma síntese de solvothermal do UiO-66-NH2 em que o MOF nucleates sobre o conformal de óxido metálico do revestimento em fibras de poliamida-6 (PA-6), produzindo assim uma uniforme e conformal película fina de MOF no tecido. O material resultante pode ser incorporado diretamente nos dispositivos de filtro ou roupas protetoras e elimina as qualidades maladroit de pó solto.

Para descrever os materiais MOF/tecido, podemos delinear dois termos relacionados a área de superfície de medição. Primeira, projetada área de superfície, cm2projetada, refere-se à dimensão macroscópica do swatch da tela, medida com uma régua, ou seja., a área da amostra é projetada a sombra. A segunda área de superfície de interesse é a área de superfície de aposta, calculada a partir de uma isoterma de azoto obtida no 77 K. Esses valores são fornecidos em ...

Estruturas de metal-orgânicos são eficazes em armazenamento de gás e catálise heterogênea, mas resultado de métodos de síntese típica em pó solto que são difíceis de incorporar materiais inteligentes. Vamos demonstrar um método de primeiros tecidos de revestimento com óxidos metálicos ALD, resultando em filmes conformados do MOF nos tecidos durante a síntese de solvothermal.

Síntese de Solvothermal de MIL-96 e UiO-66-NH2 na camada atômica depositado revestimentos de óxido metálico em esteiras de fibra

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

Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo de estruturas orgânicas metálicas, como a natureza da nucleação da superfície e a adesão MOF. A principal vantagem dessa técnica é que ela produz filmes de MOF no tecido durante a síntese de MOF, em vez de exigir etapas de processamento adicionais para aderir o MOF à fibra. Demonstrando o procedimento estará Dennis Lee, um estudante de pós-graduação do meu laboratório.Primeiro, coloque uma amostra de tecido PA-6 em um barco de reator. Abra o manômetro do reator ALD e remova o fecho da tampa do reator. Em seguida, ative o controle manual no sistema de visualização do laboratório.Feche o nitrogênio transportador e a válvula de gaveta no reator ALD. Em seguida, abra o nitrogênio de ventilação. O reator se abrirá e a tampa cairá.Depois de remover a tampa do reator, carregue a amostra de tecido no reator ALD. Recoloque a tampa do reator. Em seguida, abra a válvula gaveta.Em seguida, abra o nitrogênio transportador e feche a ventilação. Em seguida, desative o controle manual. Carregue a receita de óxido de titânio nos tecidos.Defina a receita para executar 300 ciclos. Em seguida, defina o controlador de fluxo de massa para 20 pés cúbicos por minuto e a temperatura do forno para 90 graus Celsius. Abra a válvula manual para o tetracloreto de titânio e água.Feche o manômetro e recoloque o fecho na tampa do reator. Em seguida, pressione iniciar na interface. Após a conclusão da receita, abra o manômetro.Remova o fecho da tampa do reator. Em seguida, ative o controle manual no sistema. Em seguida, feche o nitrogênio transportador e a válvula de gaveta no reator ALD.Em seguida, abra o nitrogênio de ventilação. O reator se abrirá e a tampa cairá. Remova o recipiente de amostra.Feche novamente o reator. Adicione 0,0878 gramas de ácido trimésico a um copo de vidro de 80 mililitros. Adicione 12 mililitros de água e 12 mililitros de etanol ao copo.Em seguida, adicione uma barra de agitação magnética à solução e mexa até que o ácido trimésico esteja totalmente dissolvido. Em seguida, coloque a solução em um vaso de pressão revestido de Teflon. Adicione polipropileno codificado em óxido de alumínio previamente preparado à solução e apoie o tecido em um suporte de malha para que não fique plano contra o fundo do recipiente.Em seguida, sele o vaso de pressão e coloque-o no forno a 110 graus Celsius por 24 horas. Adicione 0,08 gramas de cloreto de zircônio a um frasco de cintilação de vidro de 20 mililitros. Adicione 20 mililitros de DMF ao cloreto de zircônio em incrementos de cinco mililitros.Tampe o frasco para injetáveis entre incrementos e deixe os vapores se dissiparem. Em seguida, sonice a solução por um minuto. Adicione 0,062 gramas de ácido 2-aminotereftálico e uma agitação magnética ao frasco.Mexa a solução por cinco minutos. Depois de mexer, adicione 25 microlitros de água deionizada ao frasco. Em seguida, adicione 1,33 mililitros de ácido clorídrico concentrado ao frasco.Agora mergulhe a amostra de tecido codificada ALD de dióxido de titânio na solução e tampe o frasco. Por fim, coloque a amostra no forno a 85 graus Celsius por 24 horas. A microscopia eletrônica de varredura mostrou filmes finos de cristal MOF conformados em todas as fibras que se assemelham a um padrão de paralelepípedos.Quando o óxido de alumínio foi reduzido, o filme começou a se quebrar à medida que o MOF se formava, resultando em uma codificação irregular. Uma amostra de polipropileno nu foi exposta às condições de síntese de MIL-96, mas o XRD não mostrou MOF detectável nas fibras. Imagens transversais revelaram que a camada de base de óxido de alumínio de 500 ciclos reagiu completamente, enquanto uma fração da camada de base de óxido de alumínio permaneceu para as amostras de 1.000 e 2.000 ciclos.As seções transversais do polipropileno codificado ALD de óxido de alumínio são mostradas aqui. Imagens de espectroscopia de dispersão eletrônica da seção transversal revelaram o núcleo de polipropileno à base de carbono e predominantemente o invólucro de óxido de alumínio. Os padrões XRD da malha codificada por MOF que correspondem ao padrão PXRD simulado de MIL-96 são mostrados aqui.Após a síntese solvotérmica de MOF, os padrões de XRD revelaram que a UIO-66-amina estava presente nas fibras. As imagens de MEV mostraram codificações MOF escamosas nas amostras de 50 graus Celsius, codificações MOF densas nas amostras de 90 graus Celsius e codificações MOF esparsas nas amostras de 200 graus Celsius. Uma amostra de PA-6 não codificada foi exposta a condições de síntese de UIO-66-amina, resultando em uma codificação MOF relativamente esparsa.Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como produzir filmes MOF conformados em substratos codificados por ALD.

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Research

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Chemistry

Química

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Aqui, demonstramos um protocolo para a síntese em duas etapas de núcleos monocristalinos usando um par não-isoestrutural metal-orgânico (MOF), HKUST-1 e MOF-5, que possuem reticulados cristalinos bem combinados.

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A troca pós-sintética de ligantes (PSE) é uma ferramenta versátil e poderosa para a instalação de grupos funcionais em estruturas metal-orgânicas (MOFs). A exposição de MOFs a soluções contendo ligantes funcionalizados com triazólicos e tetrazólicos pode incorporar essas metades heterocíclicas em Zr-MOFs através de processos PSE.

Síntese de estruturas metal-orgânicas à base de Zr funcionalizadas com triazólicos e tetrazólicos através da troca pós-sintética de ligantes

Um protocolo para a síntese e caracterização de monocamadas de estrutura metal-orgânica automontadas é fornecido usando cristais de estrutura metal-orgânica (MOF) enxertados com polímero. O procedimento mostra que as partículas MOF enxertadas com polímero podem ser automontadas em uma interface ar-água, resultando em estruturas monocamada bem formadas e independentes, conforme evidenciado por imagens de microscopia eletrônica de varredura.

Síntese e caracterização de monocamadas de estrutura metal-orgânica automontadas usando partículas revestidas com polímero

Este protocolo detalha a síntese, encapsulamento da hemoglobina e PEGilação superficial de nanopartículas hierarquicamente porosas de UiO-66, projetadas para entrega de oxigênio. O procedimento combina engenharia de defeitos com conjugação biortogonal promovida por tensão para gerar portadores altamente permeáveis e fisiologicamente estáveis, adequados para aplicações biomédicas.

Síntese, encapsulamento de hemoglobina e PEGilação biortogonal em nanopartículas hierárquicas porosas de UiO-66 para aplicações de entrega de oxigênio

Neste artigo, apresentamos a preparação de hidrogéis de gelatina MOF, que se beneficiam das propriedades termorreversíveis da gelatina, associadas à sua separação de fases por coacervação. Esses compósitos de hidrogel exibem alta carga de MOF, grande porosidade e uma boa distribuição espacial das partículas de MOF dentro da matriz de gelatina.

Preparação de Hidrogéis Metal-Orgânicos - Gelatina por Coacervação

Aprenda a síntese solvotermal de MOFs em tecidos revestidos com óxidos metálicos por deposição de camada atômica. Este método produz filmes conformes de MIL-96 e UiO-66-NH₂ diretamente nas fibras, eliminando etapas adicionais de processamento.

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Síntese de Solvothermal de MIL-96 e UiO-66-NH₂ na camada atômica depositado revestimentos de óxido metálico em esteiras de fibra

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