أودعت توليف سولفوثيرمال من شركة مالونغوشي-96 والارجان-66-NH2 في ذرية طبقة الطلاء أكسيد المعدن على حصائر الألياف
Summary
الأطر المعدنية العضوية فعالة في مخزن للغاز والحفز غير المتجانس، ولكن نتيجة أساليب توليف نموذجية في مساحيق فضفاض يصعب على إدماج المواد الذكية. علينا أن نظهر أسلوب أول طلاء الأقمشة مع أكاسيد معدنية محددة المدة، أسفر عن الأفلام الامتثالي من وزارة المالية على الأقمشة خلال التوليف سولفوثيرمال.
Abstract
الأطر المعدنية العضوية (Mof)، التي تحتوي على مجموعات المعادن المتفاعلة والعضوية يغاندس تسمح مسامية كبيرة والمساحات السطحية، أثبتت فعاليتها في امتزاز غاز، والفواصل، والحفز. الأكثر شيوعاً هي توليف Mof كمسحوق السائبة، التي تتطلب عمليات إضافية للانضمام لهم للأقمشة والأجهزة الفنية أن خطر انخفاض قدرة المسامية والامتزاز مسحوق. هنا، علينا أن نظهر أسلوب أول طلاء الأقمشة مع أفلام أكسيد المعدن باستخدام ترسيب طبقة الذرية (محددة المدة). تنشئ هذه العملية أفلام الامتثالي من سمك يمكن السيطرة عليها على كل الألياف، مع توفير مساحة أكثر من رد الفعل التنو MOF. بغمر النسيج المدة المغلفة في الحل خلال التوليف MOF سولفوثيرمال، إنشاء Mof طلاء الامتثالي، والتقيد بها جيدا على الألياف، أسفر عن نسيج فونكتيوناليزيد وزارة المالية، دون مواد الالتصاق الإضافية التي قد تمنع المسام MOF و المواقع الوظيفية. هنا نظهر أسلوبين من أساليب توليف سولفوثيرمال. أولاً، نحن تشكل طبقة MIL-96(Al) على ألياف البوليبروبيلين استخدام الظروف الاصطناعية التي تحويل أكسيد المعدن إلى وزارة المالية. نشر رابط العضوية إلى غير العضوية استخدام الأفلام غير العضوية الأولية من سمك متفاوتة، يسمح لنا بالتحكم في مدى MOF تحميل على النسيج. ثانيا، نحن إجراء توليف سولفوثيرمال الارجان-66-NH2 الذي نوكلياتيس وزارة المالية على أكسيد المعدن الامتثالي الطلاء على ألياف البولي أميد-6 (السلطة الفلسطينية-6)، وبالتالي إنتاج فيلم رقيقة موحدة وامتثالي لوزارة المالية على النسيج. المواد الناتجة يمكن إدراجها مباشرة في تصفية الأجهزة أو الملابس الواقية والقضاء على الصفات الخرقاء من مسحوق فضفاض.
Introduction
الأطر المعدنية العضوية هياكل بلورية تتكون من مراكز الكتلة المعدنية رد الفعل سد طريق linkers الجزيء العضوي توفر مسامية كبيرة والمساحات السطحية. يمكن تصميم هيكلها، المسامية، والأداء الوظيفي عن طريق اختيار المجموعات المناسبة و linkers، المؤدية إلى المناطق السطحية مرتفعا كما 7,000 م2/gMOF1،2. مسامية عالية، والمساحة السطحية قد أحرزت Mof امرأتين المطبقة في الامتزاز والفصل والحفز غير المتجانس في مجالات تتدرج من إنتاج الطاقة للشواغل البيئية للعمليات البيولوجية1،3، 4،،من56.
Mof عديدة أثبتت نجاحها في أدسوربينج بصورة انتقائية المركبات العضوية المتطايرة، وغازات الدفيئة أو حفازة تتحلل المواد الكيميائية التي قد تكون ضارة بصحة الإنسان أو بالبيئة. على وجه الخصوص، قد أظهرت شركة مالونغوشي-96 (Al) الجسميات المركبات النيتروجينية العضوية المتطايرة (VOCs) بشكل انتقائي نظراً لتوافر الإلكترونات زوج وحيد في مجموعات النيتروجين تنسيق مع ال حمض ضعيف لويس موجودة في مجموعات معدنية7. كما تبين ميل-96 الجسميات الغازات مثل أول أكسيد الكربون2، فزيلين نفط و m-زيلين نفط8،9. MOF الامتزاز الانتقائية فيعتمد على كلا من حمض لويس الكتلة المعدنية، فضلا عن حجم المسام. حجم المسام MIL-96 يزيد مع درجة الحرارة، نتج عنه زيادة امتزاز قدرة تريميثيلبينزيني مع زيادة درجة الحرارة، ويتيح الفرصة لضبط الانتقائية مع درجة حرارة الامتزاز9.
وزارة المالية الثانية للتركيز هنا، الارجان-66-NH2 قد ثبت أن تتحلل حفازة عوامل الحرب الكيميائية (كوس) وعوامل المحاكاة. ويوفر فريق أمين على الرابط تأثير تآزري في تدهور الأعصاب، بينما تمنع منتجات التحلل عامل من ملزمة لا رجعة فيه إلى مجموعات الزركونيوم، والتسمم MOF10. الارجان-66-NH2 قد حفازة تحلل ثنائي ميثيل فنيتروفينيلفوسفاتي (دمنب) مع نصف عمر قصيرة قدر دقيقة 0.7 في ظروف مخزنة بشكل مؤقت، ما يقرب من 20 مرات أسرع من “وزارة المالية” الارجان-66 قاعدة11،12.
بينما هذه الامتزاز وخصائص الحفاز لا تبشر بالخير، الشكل المادي ل Mof، أساسا مسحوق الجزء الأكبر، يمكن أن يكون صعباً دمج منصات لالتقاط الغاز والترشيح دون إضافة الجملة هامة، وانسداد المسام، أو الحد من وزارة المالية المرونة. وبديل لإنشاء وزارة المالية فونكتيوناليزيد الأقمشة. أدمجت Mof في الأقمشة بطرق لا حصر لها، منها اليكتروسبينينج MOF مسحوق/البوليمر عجائن، يمزج لاصقة، رش طلاء، سولفوثيرمال النمو والتوليفات الميكروويف، ونمو طبقة بطبقة أسلوب13،14 , 15 , 16 , 17 , 18-هذه، يمكن أن يؤدي المواد اللاصقة اليكتروسبينينج والبوليمر في المواقع المحجوبة الوظيفية في وزارة المالية كما أنها هي مغلفة في البوليمر، تناقص إلى حد كبير قدرة الامتزاز وتفاعلية. بالإضافة إلى ذلك، العديد من هذه التقنيات تفشل في خلق الامتثالي الطلاء على الألياف بسبب صعوبات خط البصر أو ضعف الالتصاق/التنو والاعتماد على التفاعل الالكتروستاتيكي بحتة. أسلوب بديل لأول معطف النسيج مع أكسيد معدن السماح للتفاعلات السطحية أقوى مع18،MOF19.
أسلوب واحد لترسب أكسيد المعدن ترسيب طبقة الذرية (محددة المدة). المدة تقنية لإيداع الأغشية الرقيقة الامتثالي، السيطرة على المقياس الذري. هذه العملية تستخدم اثنين نصف التفاعلات التي تحدث فقط في سطح الركيزة تكون مغلفة. الخطوة الأولى هي لجرعة معادن المحتوية على السلائف، الذي يتفاعل مع هيدروكسيلس على السطح، تاركاً سطح ميتالاتيد بينما يتم إزالة مادة التفاعل الزائدة من النظام. مادة التفاعل الثاني هو مادة التفاعل التي تحتوي على الأكسجين، المياه، الذي يتفاعل مع مواقع معدنية لتشكيل من أكسيد معدن عادة. فائض المياه مرة أخرى، وتم إزالة منتجات أي رد فعل من النظام. هذه الجرعات التناوب وعمليات التطهير يمكن أن تتكرر حتى يتحقق سمك الفيلم المطلوب (الشكل 1). ترسيب طبقة الذرية مفيد بشكل خاص لأن السلائف مرحلة البخار الصغيرة تسمح للأفلام الامتثالي على كل سطح من ركائز مع طبولوجيا المعقدة، مثل الألياف الحصير. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تسمح شروط محددة المدة للبوليمرات مثل البولي بروبيلين، الطلاء لنزع فتيل إلى سطح الألياف، توفير رابط قوي ل النمو المستقبلي في وزارة المالية20.
طلاء أكسيد المعدن يسمح لمواقع التنو المتزايدة على الألياف أثناء التوليف سولفوثيرمال التقليدية بزيادة المجموعات الوظيفية وخشونة18،20. مجموعتنا سابقا وأظهرت أكسيد المعدن المدة قاعدة طبقة فعالة للعاشر 6-الارجان، HKUST-1 والتوليفات الأخرى من خلال طرق مختلفة من سولفوثيرمال، وطبقة بطبقة، وتحويل الملح هيدروكسي مزدوجة الأساليب13،17، 18،21،،من2223. هنا نظهر نوعين التوليف. وتشكل المواد المطحونة بتحويل ال2س3 المدة الطلاء مباشرة إلى وزارة المالية بنشر رابط العضوية. بغمر ال2س3 المدة ألياف مغلفة حصيرة في حل حامض تريميسيك والتدفئة، ينشر رابط العضوية في طلاء أكسيد المعدن إلى نموذج شركة مالونغوشي-96. هذه النتائج في طلاء MOF الامتثالي، والتقيد بها بشدة على كل سطح الألياف. النهج التجميعي الثاني يدعو نموذجي الارجان-66-NH2 الحرارية المائية توليف استخدام السلائف المعدنية والعضوية، ولكنه يضيف حصيرة ألياف المغلفة أكسيد معدن الذي نوكليتيس وزارة المالية. تتألف المنتجات الناتجة لكلا النهجين التوليف، الأغشية الرقيقة الامتثالي من وزارة المالية بلورات التقيد بشدة بنسيج داعم. وفي حالة شركة مالونغوشي-96، وهذه يمكن إدراجها في حات الامتزاز من المركبات العضوية المتطايرة أو غازات الدفيئة. الارجان-66-NH2 هذه الأقمشة يمكن بسهولة إدراجها في ملابس واقية خفيفة الوزن لأول المستجيبين، الأفراد العسكريين والمدنيين للدفاع المستمر ضد هجمات لجنة التعويضات.
Protocol
Representative Results
Discussion
طلاء التعيينات المحددة المدة بقوة يؤثر على الالتصاق وتحميل من وزارة المالية. أولاً، اعتماداً على النوع من الركازة والسلائف التعيينات المحددة المدة، طبقة محددة المدة يمكن أن تشكل قذيفة خارجي متميزة حول الألياف، أو منتشر في الألياف لإنشاء انتقال تدريجي ل طلاء أكسيد المعدن20. و…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يشكر المؤلفون المتعاونين في الدولي الإيفوارية، RD “الجيش Natick الجندي” & ه مركز، والكيميائية اجوود ومركز البيولوجية. أيضا أن أشكر مصدر تمويلها، وكالة الحد من تهديد الدفاع.
Materials
| trimethylaluminum | Strem Chemicals | 93-1360 | |
| home-built ALD reactor | N/A | ||
| nitrogen cylinder | Arc3 | UN1066 | |
| trimesic acid | Sigma-Aldrich | 482749-500G | |
| ethanol | Koptec | V1001 | |
| teflon lined autoclave | PARR Instrument Company | 4760-1211 | |
| isotemp furnace | Fisher Scientific | F47925 | |
| Zirconium (IV) chloride | Alfa Aesar | 12104 | |
| 2-aminoterephthalic acid | Acros Organics | 278031000 | |
| N,N-dimethylformamide | Fisher Scientific | D119-4 | |
| Hydrochloric Acid | Fisher Scientific | A481-212 | |
| Polypropylene fiber mats | N/A | ||
| Polyamide fiber mats | N/A |
References
- Furukawa, H., Cordova, K. E., O’Keeffe, M., Yaghi, O. M. The Chemistry and Applications of Metal-Organic Frameworks. Science (Washington, DC, U. S.). 341 (6149), 974 (2013).
- Farha, O. K., et al. Metal-Organic Framework Materials with Ultrahigh Surface Areas: Is the Sky the Limit?. Journal of the American Chemical Society. 134 (36), 15016-15021 (2012).
- Bobbitt, N. S., et al. Metal-organic frameworks for the removal of toxic industrial chemicals and chemical warfare agents. Chemical Society Reviews. 46 (11), 3357-3385 (2017).
- Prawiec, P., et al. Improved Hydrogen Storage in the Metal-Organic Framework Cu3(BTC)2. Advanced Engineering Materials. 8 (4), 293-296 (2006).
- Moon, S. -. Y., et al. Effective, Facile, and Selective Hydrolysis of the Chemical Warfare Agent VX Using Zr6-Based Metal-Organic Frameworks. Inorganic Chemistry. 54 (22), 10829-10833 (2015).
- Zhou, H., Kitagawa, S. Metal-Organic Frameworks (MOFs). Chemical Society Reviews. 43 (16), 5415-5418 (2014).
- Qiu, M., Chen, C., Li, W. Rapid controllable synthesis of Al-MIL-96 and its adsorption of nitrogenous VOCs. Catalysis Today. 258, 132-138 (2015).
- Abid, H. R., Rada, Z. H., Shang, J., Wang, S. Synthesis, characterization, and CO2 adsorption of three metal-organic frameworks (MOFs): MIL-53, MIL-96, and amino-MIL-53. Polyhedron. 120, 103-111 (2016).
- Lee, J. S., Jhung, S. H. Vapor-phase adsorption of alkylaromatics on aluminum-trimesate MIL-96: An unusual increase of adsorption capacity with temperature. Microporous Mesoporous Materials. 129 (1-2), 274-277 (2010).
- Gil-San-Millan, R., et al. Chemical Warfare Agents Detoxification Properties of Zirconium Metal-Organic Frameworks by Synergistic Incorporation of Nucleophilic and Basic Sites. ACS Appl. Material Interfaces. 9 (28), 23967-23973 (2017).
- Peterson, G. W., et al. Tailoring the Pore Size and Functionality of UiO-Type Metal-Organic Frameworks for Optimal Nerve Agent Destruction. Inorganic Chemistry. 54 (20), 9684-9686 (2015).
- Katz, M. J., et al. Exploiting parameter space in MOFs: a 20-fold enhancement of phosphate-ester hydrolysis with UiO-66-NH2. Chemical Science. 6 (4), 2286-2291 (2015).
- Zhao, J., et al. Highly Adsorptive, MOF-Functionalized Nonwoven Fiber Mats for Hazardous Gas Capture Enabled by Atomic Layer Deposition. Advanced Materials Interface. 1 (4), 1400040 (2014).
- Peterson, G. W., Lu, A. X., Epps, T. H. Tuning the Morphology and Activity of Electrospun Polystyrene/ UiO-66-NH2 Metal-Organic Framework Composites to Enhance Chemical Warfare Agent Removal. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (37), 32248-32254 (2017).
- Lee, D. T., Zhao, J., Peterson, G. W., Parsons, G. N. 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. Chemistry of Materials. 29 (11), 4894-4903 (2017).
- López-maya, E., et al. Textile / Metal – Organic-Framework Composites as Self-Detoxifying Filters for Chemical-Warfare Agents. Angewandte Chemie International Edition. 54 (23), 6790-6794 (2015).
- Zhao, J., et al. Conformal and highly adsorptive metal-organic framework thin films via layer-by-layer growth on ALD-coated fiber mats. Journal of Materials Chemistry. A. 3 (4), 1458-1464 (2015).
- Lemaire, P. C., et al. Copper Benzenetricarboxylate Metal-Organic Framework Nucleation Mechanisms on Metal Oxide Powders and Thin Films formed by Atomic Layer Deposition. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (14), 9514-9522 (2016).
- Zacher, D., Baunemann, A., Hermes, S., Fischer, R. A. 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. Journal of Materials Chemistry. 17 (27), 2785-2792 (2007).
- Parsons, G. N., et al. Mechanisms and reactions during atomic layer deposition on polymers. Coordination Chemisty Reviews. 257 (23-24), 3323-3331 (2013).
- Zhao, J., et al. Facile Conversion of Hydroxy Double Salts to Metal-Organic Frameworks Using Metal Oxide Particles and Atomic Layer Deposition Thin-Film Templates. Journal of the American Chemical Soceity. 137 (43), 13756-13759 (2015).
- Zhao, J., et al. Ultra-Fast Degradation of Chemical Warfare Agents Using MOF – Nanofiber Kebabs. Angewandte Chemie International Edition. 55 (42), 13224-13228 (2016).
- Lee, D., Zhao, J., Oldham, C., Peterson, G., Parsons, G. 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. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (51), 44847-44855 (2017).
- Spagnola, J. C., et al. Surface and sub-surface reactions during low temperature aluminium oxide atomic layer deposition on fiber-forming polymers. Journal of Materials Chemistry. 20 (20), 4213-4222 (2010).
- Nalwa, H. S. . Handbook of low and high dielectric constant materials and their applications. , (1999).
- Mcclure, C. D., Oldham, C., Walls, H., Parsons, G. Large effect of titanium precursor on surface reactivity and mechanical strength of electrospun nanofibers coated with TiO2 by atomic layer deposition. Journal of Vacuum Science and Technology A. 31 (6), 61506 (2013).
- Johnson, R. W., Hultqvist, A., Bent, S. F. A brief review of atomic layer deposition: from fundamentals to applications. Materials Today. 17 (5), 236-246 (2014).
- Stassen, I., Vos, D. D. e., Ameloot, R. Vapor-Phase Deposition and Modification of Metal – Organic Frameworks State-of-the-Art and Future Directions. Chemistry: A European Journal. 22 (41), 14452-14460 (2016).
