Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Chemistry

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

Published: October 10, 2013 doi: 10.3791/51175

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

Metal-organic frameworks (MOF's) hebben een belangrijke klasse van poreuze materialen voor giftig gas verwijdering 1-3 geworden. MOF'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'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'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..

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Cu-BTC Synthese en Voorbereiding

  1. Roer 12,5 ml gedeïoniseerd water en 12,5 ml dimethylformamide in een 100 ml schroefdop pot gedurende ongeveer 5 minuten.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. Controleer de structuur en chemische samenstelling van Cu-BTC via poeder Röntgendiffractie en Fourier-transformatie infrarood spectroscopie, respectievelijk.

2. Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition van perfluoralkanen op Cu-BTC 14

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. Sluit de perfluoralkaan gas en stel de regelaar op een druk binnen de specificaties van de massastroom controller.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. Spoel het restmateriaal in de fles en filteren om voor de juiste afvoer van de afvalstoffen nuttig toe.
  10. Kenmerken de behandelde Cu-BTC met 20 F magic angle spinning nucleaire magnetische resonantie, Fourier-transformatie infrarood spectroscopie, en x-ray foto-elektron spectroscopie.

3. Veroudering van Cu-BTC onder vochtige omstandigheden

  1. Stel de gewenste temperatuur en de relatieve vochtigheid van de klimaatkamer en laat het in evenwicht.
  2. Spreid het monster gelijkmatig ineen open houder en plaats in de klimaatkamer voor de gewenste tijdsduur.
  3. Karakterisering de Cu-BTC monster met röntgendiffractie en stikstof isotherm bij 77 K om de mate van afbraak te bepalen.

4. Ammoniak Microbreakthrough Experimenten 2

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. Het monster wordt in lijn en veilig rechtop in een waterbad tot 25 ° C.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. Verwijder het monster uit het waterbad na blootstelling analyses via Röntgendiffractie en Fourier-transformatie infrarood analyse.
  10. Integreer de gaschromatograaf signaal vs time gegevens om de ammoniak lading voor het monster te bepalen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

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 een geperste pellet zoals gezien in figuur 1. Het contact hoek voor de Cu-BTC en de C 2 F 6 plasma behandeld Cu-BTC pellets werden gemeten respectievelijk zijn 59 ° en 123 °,. De aanwezigheid van CF x op het oppervlak van de poriën draagt ​​bij aan de hydrofobiciteit van het materiaal waardoor het materiaal waterafstotend.

"/>
Figuur 1. Afbeeldingen van Cu-BTC gedispergeerd in water (boven, links) en C 2 F 6 plasma behandeld Cu-BTC afstotende en drijvend op de top van het water (bodem, links). Contacteer hoek beelden van Cu-BTC (boven, rechts) en C 2 F 6 plasma behandeld Cu-BTC (onder, rechts) met een 2 pi druppel water.

De aanwezigheid van CF bindingen zijn aangegeven met spectrale banden tussen 1,300-1,140 cm -1 in de verzwakte totale reflectie Fourier-transformatie-infraroodspectroscopie (FTIR-ATR) resultaten, zoals te zien in figuur 2 17. De mate van fluorering en bevestiging van CF x typesoort kan met 20 V magic angle spinning (MAS) kernmagnetische resonantie (NMR), zoals te zien in figuur 3, of x-ray foto-elektron spectroscopie (XPS). De twee belangrijkste fluor soorten waargenomen in deze steekproef zijn CF 2 groepen bij δ ~ -87 ppm en CF bij δ ~ -152ppm 18. Er is een kleine piek bij δ ~ -80 ppm vertegenwoordigt CF3 groepen. Alle andere belangrijke pieken vertegenwoordigen spinnen zijbanden op ongeveer 9 kHz van de bovenliggende piek. De CF x het risico lopen een combinatie van groepen die hebben gereageerd met de binnenoppervlakken van de MOF, evenals een amorfe bekleding op de buitenkant van de MOF kristal. De grote grootte en hoeveelheid van spinnen zijbanden voor CF 2 en CF soorten geven aan dat deze CF x groepen strak gebonden aan de Cu-BTC structuur en relatief immobiel 19.

Figuur 2
Figuur 2. ATR-FTIR-spectra van Cu-BTC (blauw, bodem) en C 2F 6 plasmabehandeling Cu-BTC (rood, bovenaan). CF rekt kan worden gezien als IR-banden tussen 1300 en 1140 cm -1.

Figuur 3 -Width = "4in" src = "/ files/ftp_upload/51175/51175fig3.jpg" />
Figuur 3 20. F MAS NMR-spectra van C 2 F 6 plasma behandeld Cu-BTC. Spinning zijbanden worden gelabeld met een sterretje (*).

De Cu-BTC en C 2F 6 plasmabehandeling Cu-BTC monsters werden snel bij 45 ° C en 100% relatieve vochtigheid gedurende drie dagen oud. De röntgendiffractie (XRD)-patronen (figuur 4) vertonen een bijna volledige verandering in de structuur van het onbehandelde monster, maar de plasma behandelde monster toont minimale veranderingen in de structuur. De resultaten zijn indicatief voor een betere structurele stabiliteit, zelfs onder zware luchtvochtigheid. Analyses van de verbeterde stabiliteit van Cu-BTC behandeld met perfluoralkaan plasma worden beschreven grondig elders 14.

75/51175fig4.jpg "/>
Figuur 4. XRD patronen van Cu-BTC (zwart, bodem), Cu-BTC bij 45 ° C en 100% RV gedurende 3 dagen (blauw, midden) en C 2F 6 leef plasmabehandeling Cu-BTC bij 45 ° C verouderd en 100 % RV gedurende 3 dagen (rood, boven).

Een schematische weergave van het apparaat dat wordt gebruikt voor microbreakthrough analyse is te vinden in figuur 5. Microbreakthrough testen van oude Cu-BTC en C 2F 6 behandeld Cu-BTC monsters NH3 bij een concentratie van 2000 mg / m 3 zijn weergegeven in figuur 6. Integratie boven de doorbraak rondingen levert een capaciteit van 1,1 mmol ammoniak / g Cu-BTC en 5,3 mmol ammoniak / g C 2 F 6 plasma behandeld Cu-BTC. De verbeterde opname van ammoniak plasma Cu-BTC monster na veroudering behandelde door het behoud van de oorspronkelijke Cu-BTC kristalstructuur, in vergelijking met de oude Cu-BTC monster.


Figuur 5. Schematische voorstelling van microbreakthrough apparatuur gebruikt voor de ammoniak doorbraak in de analyse van Cu-BTC monsters. Figuur met toestemming hergebruikt uit referentie 13.

Figuur 6
Figuur 6. Ammoniak doorbraak rondingen van Cu-BTC (blauw) en C 2 F 6 plasma behandeld Cu-BTC (rood) van de gemeten effluent concentratie met betrekking tot de tijd genormaliseerd door de massa van het monster gebruikt doorbraak.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

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 waarin de synthese voeren. MOF's kunnen variëren in grootte van het ene materiaal naar het volgende, maar Cu-BTC heeft een zeer fijne kristallen in de orde van 10 micrometer. Het filtreerpapier geselecteerd voor de filtratie stappen moeten toereikend zijn om kristallen zo klein als 2,5 micrometer om de opbrengst te maximaliseren, kan het vacuüm filtratiestap langzaam gaan met zulke fijne filtreerpapier herstellen. Bovendien tijdens de activeringsstap is het belangrijk om de temperatuur geleidelijk tot 170 trekken° C, te snel verhogen van de temperatuur van het potentieel leiden tot vernietiging van microporeuze structuur MOF of kraken van de kristallen.

De PECVD van perfluoralkanen is aangetoond dat het water stabiliteit van MOFs verbeteren die anders gevoelig voor water degradatie 14 zijn. Er zijn vele ingewikkeldheden bij het werken met PECVD instrumenten. Er is potentieel in elke perfluoralkaan plasmabehandeling waterstoffluoride of andere corrosieve gassen vormen en speciale zorg moet worden genomen om de gebruiker en het instrument om deze schadelijke soorten te beschermen. Alle buizen, kleppen, massastroomregelaars en verbindingen moeten worden gemaakt van roestvrij staal of ander corrosiebestendig materiaal, de vacuümpomp moet compatibel zijn met corrosieve gassen, en alle afdichtingen voorkomen dat de gebruiker het instrument moet regelmatig worden geïnspecteerd. Daarnaast zijn er risico's verbonden aan de RF-generator zoals de mogelijkheid om horloges stoppen, het potentieel voor ERAsing magnetische media, en geen persoon met een pacemaker moeten het plasma apparaat benaderen terwijl deze wordt uitgevoerd. Reiniging van de plasma inrichting regelmatig door uitvoeren zuurstofplasma is nodig om films die in de plasmakamer kan ontstaan ​​uit eerdere experimenten verwijderen. Een lucht plasma bij 50 W moet een heldere roze kleur gloed.

De behandeling van poeders via PECVD kan veel verschillen van behandeling vlakke plaatjes of andere materialen. Om een ​​homogene behandeling te garanderen, moet het poeder gedurende een roterende glazen fles worden verspreid. Voor poeders die lage dichtheid hebben of zeer fijne deeltjes, een permeabele bovenste moet de fles te plaatsen opdat bij een vacuüm wordt aangebracht, het poeder blijft de fles. Poreuze materialen, zoals MOF, typisch physisorb regelmatig water uit de atmosfeer. Dit maakt het belangrijk om een ​​vacuüm gedurende een voldoende tijd toegepast voor de introductie perfluoralkaan gas en licht het plasma te zorgen voor de MOF oppervlak reageert alleen perfluoralkaan soorten. Cu-BTC heeft een colorimetrische verandering van licht-blauw (gehydrateerd) tot diep paars (gedroogd) die kunnen worden gebruikt om aan te geven wanneer de physisorbed water volledig is verwijderd. Het is belangrijk vast te stellen voor het microporeuze materiaal-perfluoralkaan gassysteem behandelingsprocessen die ideaal factoren als hoeveelheid materiaal, druk perfluoralkaan gas, plasmavermogen en behandelingstijd hebben een effect op de totale resultaten van het proces. Zo een verhoging van de hoeveelheid te behandelen materiaal vereist een toename in de behandeling vergelijkbare resultaten. Bovendien kan een toename van de plasma stroom creëert meer perfluoralkaan radicalen en kan resulteren in een snellere depositie en / of andere soort van het materiaal 21 gevormd.

De theorie achter microbreakthrough analyse is goed uitgelegd in de literatuur 2. Speciale zorg moet worden genomen bij het ladeneen monster in de glazen buis. Met slechts 10-15 mg van het monster in de buis geladen moet men voorzichtig zijn zeer nauwkeurig te zijn in wegen, met inbegrip van het niet invoeren van elke contaminant materiaal en het monster buis handvat met handschoenen zijn. Om te voorkomen poeders geblazen om de buis de stroming moet zijn van boven naar beneden. De dynamische belasting kan worden berekend door integratie via doorbraakcurve, zal de lading varieert met sorbaat concentratie en temperatuur. Met betrekking tot het meten van Sorbens capaciteiten met een adsorptie-isotherm, de baanbrekende techniek laat alleen de bepaling van sorbaat laden bij een concentratie per experiment, wat neerkomt op een enkel punt op een isotherm. Echter, de baanbrekende techniek nauwer nabootst werkelijke aard filtratie toepassingen.

De PECVD van microporeuze materialen met perfluoralkanes opent mogelijkheden op vele gebieden. We hebben laten zien hoe het behandelen van de oppervlakken met fluorkoolwaterstoffen kan de wettin verandereng eigenschappen en hydrostability van MOFs. Bovendien is deze techniek kan worden gebruikt om de adsorptie-eigenschappen van microporeuze materialen veranderen, als de oppervlakken van de perfluoralkaan plasma behandelde materiaal hebben andere functionele groepen dan het onbehandelde materiaal. Deze techniek kan worden toegepast op een verscheidenheid van andere microporeuze materialen, en uitgebreid tot een aantal andere gassen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen.

Acknowledgments

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.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Copper (II) Nitrate Trihydrate Sigma-Aldrich 61194
Trimesic acid Sigma-Aldrich 482749
Ethanol Sigma-Aldrich 130147
Dimethyl Formamide Sigma-Aldrich 319937
Dichloromethane Sigma-Aldrich 187332
Hexafluoroethane Synquest Labs 1100-2-05
Femto-Plasma System Diener Electronic Basic unit type B
Plasma Generator Diener Electronic Type D 0-100 W at 13.56 MHz
Rotary Vane Pump for Plasma System Leybold D16BCS PFPE Appropriate for corrosive gases
Powder Treatment Device Diener Electronic Option 5.9 Glass bottle and rotating devise within plasma system
Environmental Chamber Associated Environmental Systems HD-205
Gas Chromatograph Hewlet Packard HP5890 Series II
Photoionization Detector O-I Analytical 4430/5890
Photoionization Detector Lamp Excilitis FK-794U
Water bath NESLAB RTE-111
Fritted glass tubes CDA Analytical MX062101 Dynatherm sampling tubes

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

Chemie materialen (algemeen) gas absorptie lage druk chemie organometallische materialen Chemie en Materialen (algemeen) Anorganische de Organische en Fysische Chemie Plasma-ondersteunde chemische damp depositie fluor chemie microporeusheid metal-organic frameworks hydrofobe stabiliteit doorbraak ammoniak adsorptie
Voorbereiding van hydrofobe Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition van perfluoralkanen voor de verwijdering van ammoniak
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

DeCoste, J. B., Peterson, G. W.More

DeCoste, J. B., Peterson, G. W. Preparation of Hydrophobic Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition of Perfluoroalkanes for the Removal of Ammonia. J. Vis. Exp. (80), e51175, doi:10.3791/51175 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter