Функционализация поверхности металлоорганических рамок для улучшения влагостойкости

Повышение стабильности воды имеет решающее значение для интеграции MOF в приложения с высокими химическими требованиями. Наш метод может помочь повысить устойчивость MOF, которые не устойчивы в воде. Основное преимущество этой технологии заключается в том, что она не только позволяет изменять гидрофобность материала покрытия, но и позволяет нам контролировать функциональность покрытия.

Этот метод использует преимущества каталитических открытых металлических участков, присутствующих в некоторых MOF, которые могут вызвать полимеризацию молекул катехола на поверхности кристаллов, не влияя на общую пористость материала. Сначала положите в бардачок стеклянный флакон объемом четыре миллитра, два шпателя и микропипетку объемом один миллилитр. Необходимо соблюдать особую осторожность для поддержания бескислородных условий реакции.

Добавьте 50 миллиграммов hdcat в стеклянный флакон. Затем добавьте в стеклянный флакон один миллилитр безводного хлороформа. После этого добавьте 10 мг HKUST в раствор hdcat и плотно закройте флакон.

После извлечения флакона из бардачка произведите ультразвуковую обработку суспензии HKUST и hdcat в течение нескольких секунд для гомогенизации раствора. Убедитесь, что флакон плотно закрыт, и поместите его в духовку при температуре 70 градусов Цельсия на ночь. Вынув флакон из духовки, переложите его в бардачок с 15-миллилитровой центрифужной трубкой.

В бардачке переложите содержимое флакона в центрифужную пробирку, используя свежий безводный хлороформ. После извлечения центрифужной трубки из перчаточного ящика отделите покрытый материал центрифугированием при 3,354 g в течение одной минуты. После того, как пробирка центрифуги будет возвращена в бардачок, осторожно извлеките надосадочную жидкость с помощью пипетки и храните ее в чистом стеклянном флаконе объемом 40 миллилитров.

Далее суспензируйте покрытый материал в трех миллилитрах безводного хлороформа для того, чтобы удалить полимеризованные звенья катехола, которые не прикреплены к поверхности кристаллов. После удаления хлороформа суспендируйте покрытый материал в трех миллилитрах безводного метанола, чтобы удалить непрореагировавшие молекулы hdcat. Повторив этап промывки три раза, переложите промытый hdcat-HKUST в стеклянный флакон с использованием безводного метанола.

Как только покрытое покрытием твердое вещество осядет на дне флакона, удалите надосадочную жидкость и дайте порошку высохнуть при комнатной температуре в бардачке. Положите в бардачок стеклянный флакон объемом четыре миллилитра, два шпателя и микропипетку объемом один миллилитр. Добавьте 50 миллиграммов fdcat в стеклянный флакон.

Затем добавьте в стеклянный флакон один миллилитр безводного хлороформа. Затем добавьте 10 миллиграммов HKUST в раствор fdcat и плотно закройте флакон. После извлечения флакона из бардачка произведите ультразвуковую обработку суспензией HKUST и fdcat в течение нескольких секунд для гомогенизации раствора.

Убедитесь, что флакон плотно закрыт, и поместите его в духовку при температуре 70 градусов Цельсия на ночь. Вынув флакон из духовки, переложите его в бардачок с 15-миллилитровой центрифужной трубкой. В бардачке переложите содержимое флакона в центрифужную пробирку, используя свежий безводный хлороформ.

После извлечения центрифужной трубки из перчаточного ящика отделите покрытый материал центрифугированием при 3,354 g в течение одной минуты. После того, как пробирка центрифуги будет возвращена в бардачок, осторожно извлеките надосадочную жидкость с помощью пипетки и храните ее в чистом стеклянном флаконе объемом 40 миллилитров. После этого суспендируйте покрытый материал в трех миллилитрах безводного хлороформа, чтобы удалить полимеризованные звенья катехола, которые не прикреплены к поверхности кристаллов.

После удаления хлороформа суспендируйте покрытый материал в трех миллилитрах безводного метанола, чтобы удалить непрореагировавшие молекулы fdcat. Повторив этап промывки три раза, переложите промытый fdcat-HKUST в стеклянный флакон с использованием безводного метанола. Как только покрытое покрытием твердое вещество осядет на дне флакона, удалите надосадочную жидкость и дайте порошку высохнуть при комнатной температуре в бардачке.

Модифицированные на поверхности кристаллы демонстрируют повышенную гидрофобность при замачивании в воде. В сравнении с HKUST, который сразу опускается на дно флакона, hdcat-HKUST и fdcat-HKUST могут простоять в воде несколько дней без затопления. Измерения угла контакта подтверждают их превосходную гидрофобность.

В ИК-Фурье спектре hdcat-HKUST отображаются полосы, соответствующие колебаниям растяжения алкана C-H алкильной цепи hdcat, которые отсутствуют в HKUST. Для fdcat-HKUST в спектре видны алкановые C-F растягивающие вибрации, которые в HKUST не наблюдаются. На СЭМ-изображениях hdcat-HKUST и fdcat-HKUST виден внешний гофрированный слой, окружающий кристаллы, что предполагает эффективную полимеризацию кристаллов при соблюдении их морфологии.

Измерения XPS показывают присутствие меди I в hdcat-HKUST и fdcat-HKUST, что объясняется реакцией катехольных фрагментов медными звеньями на поверхности и последующей полимеризацией. Формирование катехолатных покрытий на HKUST протекало без влияния на кристаллическую структуру HKUST, что было подтверждено порошковыми рентгеновскими дифракционными измерениями. Это также было подтверждено измерениями пористости при давлении 77 кельвинов, которые показали, что hdcat-HKUST и fdcat-HKUST сохраняют свою площадь поверхности с незначительными изменениями после процесса нанесения покрытия.

При попытке этой процедуры важно поддерживать условия бескислородной реакции, так как кислород может способствовать полимеризации молекул катехола в растворе, а не на поверхности кристаллов. Следуя этой процедуре, мы смогли изменить смачиваемость материалов MOF путем простой функционализации их внешних поверхностей. Кроме того, этот метод позволяет нам контролировать функциональность покрытия, что позволяет нам получить новые функциональные возможности, которые отсутствовали в голом материале, такие как хиральное разделение или улавливание ЛОС.