Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Chemistry

أودعت توليف سولفوثيرمال من شركة مالونغوشي-96 والارجان-66-NH2 في ذرية طبقة الطلاء أكسيد المعدن على حصائر الألياف

doi: 10.3791/57734 Published: June 13, 2018

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

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. ترسيب طبقة الذري (المدة) Al2O3 على حصائر الألياف

  1. ضع عينة نسيج البولي بروبلين 2.54 × 2.54 سم2 في القارب المفاعل (حامل مش رقيقة، جامدة، والمعادن). ويرد في الشكل 2تخطيطي للمفاعل.
  2. فتح في قياس الضغط. إزالة المشبك من غطاء المفاعل. قم بتشغيل التحكم اليدوي في النظام (labview). إغلاق صمام النيتروجين وبوابة الناقل في المفاعل التعيينات المحددة المدة. فتح النيتروجين تنفيس.
  3. بعد إزالة غطاء المفاعل، تحميل عينة النسيج في المفاعل التعيينات المحددة المدة. استبدال الغطاء المفاعل وفتح صمام البوابة. إغلاق التنفيس وفتح النيتروجين الناقل. إيقاف التحكم اليدوي.
  4. تحميل وصفه لل2س3 على الأقمشة. الوصفة بدلاً من ذلك سوف جرعة تريميثيلالومينوم (تي أم أية) ل 1.2 s، متبوعاً نيتروجين جاف 30 s تطهير أو جرعة الماء 1 تطهير s متبوعاً نيتروجين جاف s 60. تعيين وصفه لتشغيل دورات 1000.
  5. تعيين وحدة تحكم تدفق أسلحة إلى 20 cfm ودرجة حرارة الفرن إلى 90 درجة مئوية (84 ° ج على واجهة الفرن).
  6. فتح صمام يدوي للجمعية التونسية للأمهات، والمياه. قم بإغلاق في قياس الضغط. استبدال المشبك في غطاء المفاعل. اضغط ابدأ على الواجهة.
  7. عند انتهاء الوصفة، فتح في قياس الضغط. إزالة المشبك من غطاء المفاعل. قم بتشغيل عنصر التحكم اليدوي في النظام. إغلاق صمام النيتروجين وبوابة الناقل في المفاعل التعيينات المحددة المدة. فتح النيتروجين تنفيس.
  8. إزالة السفينة كاب ونموذج المفاعل. إعادة إغلاق المفاعل.
    ملاحظة: هذا الإجراء قد يكون مؤقتاً عند هذه النقطة.

2-ترسيب طبقة الذري (المدة) TiO2 على حصائر الألياف بولي أميد-6 (السلطة الفلسطينية-6)

  1. ضع عينة نسيج2 السلطة الفلسطينية-6 2.54 × 2.54 سم في القارب المفاعل (حامل مش رقيقة، جامدة، والمعادن).
  2. فتح في قياس الضغط. إزالة المشبك من غطاء المفاعل. قم بتشغيل التحكم اليدوي في النظام (labview). إغلاق صمام النيتروجين وبوابة الناقل في المفاعل التعيينات المحددة المدة. فتح النيتروجين تنفيس.
  3. بعد إزالة غطاء المفاعل، تحميل عينة النسيج في المفاعل التعيينات المحددة المدة. استبدال الغطاء المفاعل وفتح صمام البوابة. إغلاق التنفيس وفتح النيتروجين الناقل. إيقاف التحكم اليدوي.
  4. تحميل وصفه ل TiO2 على الأقمشة. سوف جرعة الوصفة بالتناوب تيكل4 ل 1 ق، متبوعاً نيتروجين جاف s 40 تطهير أو جرعة الماء عن 1 تطهير s متبوعاً نيتروجين جاف s 60. تعيين وصفه لتشغيل 300 دورة.
  5. تعيين وحدة تحكم تدفق أسلحة إلى 20 cfm ودرجة حرارة الفرن إلى 90 درجة مئوية (84 ° ج على واجهة الفرن).
  6. فتح صمام يدوي تيكل4 والمياه. قم بإغلاق في قياس الضغط. استبدال المشبك في غطاء المفاعل. اضغط ابدأ على الواجهة.
  7. عند انتهاء الوصفة، فتح في قياس الضغط. إزالة المشبك من غطاء المفاعل. قم بتشغيل عنصر التحكم اليدوي في النظام. إغلاق صمام النيتروجين وبوابة الناقل في المفاعل التعيينات المحددة المدة. فتح النيتروجين تنفيس.
  8. إزالة السفينة كاب ونموذج المفاعل. إعادة إغلاق المفاعل.
    ملاحظة: هذا الإجراء قد يكون مؤقتاً عند هذه النقطة.

3-سولفوثيرمال توليف MIL-96

  1. إضافة 0.0878 ز ح3BTC الكأس زجاج 80 مل.
  2. إضافة 12 مل ح2س و 12 مل من الإيثانول إلى الكأس.
  3. إثارة مغناطيسيا لمدة 10 دقائق أو حتى يذوب ح3BTC تماما.
  4. ضع الحل في وعاء ضغط تفلون مبطنة.
  5. إضافة2س ال3 المغلفة بولي بروبلين للحل ودعم النسيج على دعم شبكة حتى لا يتمدد شقة ضد الجزء السفلي من السفينة.
  6. ختم وعاء الضغط ووضعه في الفرن عند 110 درجة مئوية ح 24.
  7. بعد السماح بالعينة لتبرد، ضع عينة النسيج في سلة مش في كوب. تغسل مرتين مع الإيثانول، كل من ح 12.
  8. يتطلب التنشيط عينة تدفئة في 85 درجة مئوية ح 6 تحت الفراغ، تليها التدفئة عند 110 درجة مئوية ح 12 تحت الفراغ.
    ملاحظة: يمكن إيقاف الإجراء هنا. يجب تخزين جميع العينات في مجفف للحفاظ على نموذج التنشيط.

4-سولفوثيرمال توليف الارجان-66-NH2

  1. إضافة ز 0.08 زركل4 إلى 20 مل زجاج قنينة التﻷلؤ.
  2. إضافة 20 مل N، N-dimethylformamide (DMF) إلى زركل4 تزايدات 5 مل. كاب القنينة بين زيادات والسماح للأبخرة لتبديد.
  3. Sonicate الحل لمدة 1 دقيقة.
  4. إضافة 0.062 ز لحمض 2-أمينوتيريفثاليك إلى القنينة، وآثاره مغناطيسيا الحل لمدة 5 دقائق.
  5. إضافة 25 ميليلتر من المياه إلى القنينة.
  6. إضافة 1.33 مل HCl مركزة إلى القنينة.
  7. غمر TiO2 المدة المغلفة نسيج الحامل في الحل وكاب القنينة.
  8. ضع العينة في الفرن في 85 درجة مئوية ح 24.
  9. بعد السماح بالعينة لتبرد، ضع عينة النسيج في سلة مش في كوب. تغسل مرتين مع 80 مل DMF، مدة كل منهما 12 حاء الغسيل 3 مرات مع 80 مل إيثانول، كل من ح 12.
  10. بعد إزالة الحامل النسيج، تصفية مسحوق وزارة المالية المتبقية. تغسل مرتين مع 80 مل DMF، مدة كل منهما 12 حاء الغسيل 3 مرات مع 80 مل إيثانول، كل من ح 12.
  11. يتطلب التنشيط عينة تدفئة في 85 درجة مئوية ح 6 تحت الفراغ، تليها التدفئة عند 110 درجة مئوية ح 12 تحت الفراغ.
    ملاحظة: يمكن إيقاف الإجراء هنا. يجب تخزين جميع العينات في مجفف للحفاظ على نموذج التنشيط.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

لوصف المواد MOF/النسيج، نحن تحدد فترتين المتصلة بقياس المساحة السطحية. أولاً، المسقطة المساحة السطحية، سم2المتوقعة، يشير إلى حجم العيانية الحامل النسيج كما تقاس بمسطرة، أي.، في مجال العينة من المتوقع الظل. مساحة السطح الثاني للاهتمام هو الرهان المساحة السطحية، محسوبة من الايسوثرم نيتروجين حصل على 77 ك. وترد هذه القيم بوحدات م2/gالنسيجأو م2/gMOFم2/gMOF + النسيج، تناظر المقاسة أو يقدر مجموع مساحة السطح كل غرام من العينة على التوالي للنسيج أمام وزارة المالية تحميل وزارة المالية نفسها، أو النسيج بعد تحميل مع وزارة المالية. وحسبت المساحات السطحية للمدة مغلفة الأقمشة والأقمشة MIL-96 المغلفة، من مجموعة ضغط الجزئي من 0.05 إلى 0.3. وحسبت المساحات السطحية للعينات التي تحتوي على الارجان-66-NH2، استخدام مجموعة ضغط الجزئي من 0.02 إلى 0.08، نظراً لوجود ميكروبوروسيتي. وكان جميع العينات معاملات الارتباط 0.995 أو أعلى. يتم سرد المعلمات مناسباً لكل عينة في الجدول 1. مساحة محددة وزارة المالية على النسيج، م2/gMOF، يحسب باستخدام قياس الكتلة والمساحة السطحية لوزارة المالية على النسيج:

Equation

بعد طلاء الأقمشة مع دورات 1000 Al2O3 التعيينات المحددة المدة، يبدو نسيج البولي بروبلين بصريا دون تغيير، على الرغم من أن بعض صلابة إضافية يمكن الشعور به باليد. وكشف Ellipsometry رقائق السليكون رصد 1100 تردداتها Å Al2O3 النمو باستخدام نموذج كوشي. طلاء المدة أدى إلى مكسب جماعي من 1.16 mgAl2O3/cm2المتوقعة. وتكررت هذه العملية مع دورات 500 و 2000 من ال2س3، مما أدى إلى 600 تردداتها و ±40 2010 Å على رقائق السليكون مراقب. وكانت الزيادة الجماعية 0.65 ملغمAl2O3/cm2المتوقعة وملغ 2.26Al2O3/cm2المسقطة على عينات دورة 500 و 2000 على التوالي. وكان الرهان مساحة ال2س3(1000) المغلفة روبلين 4.7 م2/gالنسيج.

وكان الحل الناتجة بعد تجميع MOF، واضحة وخالية من مسحوق MOF فضفاض، مما يشير إلى قوي الالتصاق MOF والتعيينات المحددة المدة على الألياف. بعد الغسيل والتجفيف، وعينه الجماعي زيادة على 500، 1000، و 2000 دورة عينات كان 40 و 73 و 77 في المائة من العينات الأولية، على التوالي. المغلفة التعرض موازية من ال2س3 عينات النسيج لشروط التوليف في الغياب رابط وزارة المالية أو كشف السلائف الكتلة المعدنية مكسب جماعية الكامنة من 10-20%، مما يوحي بالمبالغة القياسات الشامل MOF تحميل. أظهر الفحص بالمجهر الإلكتروني (SEM) المسح الامتثالي MOF كريستال الأغشية الرقيقة في جميع الألياف، يشبه نمط حصاة كبيرة (الشكل 3ج –3). عندما تم تخفيض2س ال3 دورات 500، بدأ الفيلم لكسر بعيداً كوزارة المالية شكلت، أسفر عن طلاء غير مكتمل (الشكل 3a). عينة البوليبروبيلين عارية لا طلاء3 2س ال تعرضت أيضا لشروط التوليف MIL-96 (3d الشكل)، ولكن أظهرت XRD لا يمكن كشفها MOF الحالية على الألياف. وكشفت الصور المقطعية لهذه العينات 500 دورة ال رد2س3 طبقة الأساس تماما، بينما بقي جزء صغير من ال2س3 الطبقة الأساس لعينات دورة 1000 و 2000 (د الرقم 4 -4f). ويبين الشكل 4a-4 جالمقاطع العرضية لل2س3 المدة مغلفة روبلين الأصلي. في وقت رد الفعل على مدار 24 ساعة، كان رد فعل تقريبا 80±20 nm Al2O3 أو كان يحتمل أن تكون حفرت بعيداً في الظروف الحمضية التوليف. وكشفت إلكترون التشتت الطيفي الصور من المقطع العرضي الكربون على أساس الأساسية البوليبروبيلين والغالب Al2O3 قذيفة (الشكل 5). يتم عرض أنماط حيود الأشعة السينية للنسيج MOF المغلفة، مطابقة النقش بكسرد محاكاة لشركة مالونغوشي-96، في الشكل 6. قياس المساحة السطحية بعد نمو MOF 6.0 م2/gMOF + النسيج، 6.7 متر2/gMOF + النسيج، و 19.9 م2/gMOF + النسيج، 500، 1000 و 2000 دورة عينات على التوالي. وترد إيسوثيرمس الامتزاز والامتزاز في الشكل 7.

السلطة الفلسطينية-6 الألياف الحصير ويبدو قليلاً مصفر بعد ترسب من 300 دورة TiO2، ولكن حصيرة رأي دون تغيير تقريبا في صلابة. كشفت Ellipsometry تردداتها 175 Å TiO2 للتعيينات المحددة المدة في 50 أو 90 أو 200 درجة مئوية على السليكون مراقب. وكان كتلة محددة المدة تحميل 0.17 و 0.20 0.25 مغTiO2/cm2المتوقعة منطقة السلطة الفلسطينية-6 لل 50، 90، وعينات 200 درجة مئوية. وكان الرهان مساحة نسيج السلطة الفلسطينية-6 المغلفة مع 300 دورة TiO2 عند 90 درجة مئوية 8.2 م2/gالنسيج.

وبعد التركيب MOF سولفوثيرمال، كشف أنماط زرد الارجان-66-NH2 كان حاضرا في الألياف (الشكل 8). وكان المكسب الجماعي MOF في ال 50، 90، وعينات 200 درجة مئوية 2.4 و 78 و 0%. تعرض موازية TiO2 مغلف بالنايلون لشروط التوليف في الغياب وزارة المعادن-الكتلة أو السلائف رابط كشف مكسب جماعي من 10-20%. بالإضافة إلى ذلك، كان تمزق النسيج بسهولة خلال التوليف MOF والظروف الحمضية قد أحفر الفيلم2 TiO، مما يؤدي إلى عدم اليقين في تحميل MOF. وقد أظهرت الصور SEM الطلاء MOF في كل عينة، مع الطلاء غير المستقر في العينات 50 درجة مئوية، والطلاء الكثيف على عينات 90 درجة مئوية والطلاء متفرق في العينات 200 درجة مئوية (الشكل 9 ألفج –9). نموذج السلطة الفلسطينية-6 غير مصقول تعرضت أيضا إلى الارجان-66-NH2 التوليف الظروف، أسفر عن طلاء ضئيلة نسبيا من بلورات MOF (الشكل 9 د). وكانت قياس المساحات السطحية الرهان بعد توليف MOF 16.0 م2/gMOF + النسيجو 19.8 م2/gMOF + النسيجو 4.67 م2/gMOF + النسيج، لل 50، 90، وعينات 200 درجة مئوية على التوالي. وترد إيسوثيرمس الامتزاز والامتزاز في الشكل 10.

Figure 1
رقم 1. التخطيطي Al2O3 عملية التعيينات المحددة المدة: في الخطوة الأولى، السلائف الجرعات، أنهى trimethyl الألومنيوم السلائف يتفاعل مع جذور الهيدروكسيل السطح. ثم يتم إزالة السلائف الزائدة من النظام، أسفر عن سطح ألومنيوم موحدة-ثنائي ميثيل إنهاؤها. أثناء الخطوة جرعة الماء يتفاعل مع الماء ليحل محل مجموعات الميثيل، مما أدى إلى حديثا هيدروكسيل إنهاء السطح. في الخطوة الأخيرة من الدورة، يتم إزالة المياه الزائدة من النظام. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
رقم 2. المدة مفاعل التخطيطي: النظام مفاعل تدفق لزج الصنع، الجدران الساخنة مع غاز نيتروجين جاف الناقل. يتم التفاف الأسطر السلائف مع الشريط الحرارة، بينما منطقة الترسب الفعلي عقد القارب عينة مش يقع داخل فرن. النظام يدار تحت الفراغ في ~1.8 تور. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3- صور SEM PP مع (أ) Al2O3500/مل-96، (1000)/MIL-96، (ب) Al2O3 (ج) Al2O3(2000)/MIL-96، و (د) لا طلاء المدة بعد التعرض لشركة مالونغوشي-96 شروط التوليف. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 4
الشكل 4- صور SEM عريضاً PP مع (أ) Al2O3 (500)، (ب) Al2O3 (1000)، (ج) Al2O3 (2000)، (د) Al2O3 500/مل-96، (e). ال2س3 (1000)/MIL-96، (و) Al2O3 /مل (2000)-96. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 5
الشكل 5- صور أخيرة من المقطع العرضي ل PP/ال2س3 500/مل-96 يكشف عن الكربون أساس البوليبروبيلين الأساسية مع الغالب Al2O3 شل. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 6
الشكل 6. (أسود) محاكاة نمط بكسرد من شركة مالونغوشي-96، نمط زرد (أحمر) Al2O3 مغلفة بمادة البولي بروبيلين، (الأخضر) شركة مالونغوشي-96 في ال3س3 (500) المغلفة بولي بروبلين، شركة مالونغوشي-96 (bue) في ال3س3 (1000) بولي بروبلين المغلفة، (الأرجواني) شركة مالونغوشي-96 (رمادي) وال3س3 (2000) المغلفة روبلين عارية PP بعد التعرض لظروف توليف MIL-96. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 7
رقم 7. (رمادي) N2 الامتزاز والامتزاز إيسوثيرمس لشركة مالونغوشي-96 في دورات 500 Al2O3 في إيسوثيرمس الامتزاز والامتزاز (الأزرق) البولي بروبلين لشركة مالونغوشي-96 في دورات 1000 Al2O3 في بولي بروبلين (أسود) إيسوثيرمس الامتزاز والامتزاز لشركة مالونغوشي-96 في دورات 2000 Al2O3 في بولي بروبلين. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 8
الشكل 8- (أسود) محاكاة نمط بكسرد نمط زرد(أحمر) الارجان-66-NH TiO2 المغلفة السلطة الفلسطينية-6، (الأخضر) الارجان-66-NH2 في TiO2(50 درجة مئوية)، مغلفة بالسلطة الفلسطينية-6 (الأزرق) الارجان-66-NH2 في TiO2(90 درجة مئوية) المغلفة السلطة الفلسطينية-6، (الأرجواني) الارجان-66-NH2 في TiO2(200 درجة مئوية) مغلفة بالسلطة الفلسطينية-6 والارجان-66-NH2 (رمادي) على السلطة الفلسطينية-6 العارية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-  

Figure 9
الشكل 9- صور وزارة شؤون المرأة للسلطة الفلسطينية-6/TiO2/UiO-66-NH2 مع ترسب التعيينات المحددة المدة في () 50 درجة مئوية، (ب) 90 درجة مئوية و (ج) 200 درجة مئوية و (د) الارجان-66-NH2 على السلطة الفلسطينية-6 مع لا المدة قاعدة معطف، مما يدل على نتائج محددة المدة درجة الحرارة أعلى في زيادة نشر التعيينات المحددة المدة والسلائف إلى الألياف، تبديل الالتصاق MOF. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 10
الشكل 10- ن2 إيسوثيرمس الامتزاز والامتزاز للسلطة الفلسطينية-6/TiO2/UiO-66-NH2 مع ترسب التعيينات المحددة المدة في (الرمادي) 50 درجة مئوية (الأزرق) 90 درجة مئوية، و (أسود) 200 درجة مئوية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

عينة ج Y (g/ملمول) المنحدر (g/ملمول) Qm (mmol/G)
PP/Al2O3 (1000) 6.61 3.13 17.59 0.048
PP/Al2O3 500/مل-96 7.01 2.31 13.588 0.062
PP/Al2O3 /ميل (1000)-96 9.24 1.58 13.01 0.069
PP/Al2O3 /مل (2000)-96 4.06 1.21 3.69 0.2
النايلون/TiO2 (90 درجة مئوية) 2.99 3.97 10.57 0.072
النايلون/TiO2 (50 درجة مئوية)/الارجان-66-NH2 63.09 0.096 5.99 0.16
النايلون/TiO2 (90 درجة مئوية)/الارجان-66-NH2 599 0.0082 4.92 0.2
النايلون/TiO2 (200 درجة مئوية)/الارجان-66-NH2 32.43 0.644 20.24 0.048

الجدول 1. قائمة الرهان تناسب معلمات لكل عينة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

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. وقد لوحظ القذيفة من الصعب على ركائز القطن والنايلون، في حين يمكن ملاحظة الطبقات انتشارية في بولي بروبلين تحت الظروف المناسبة. ثانيا، يمكن أيضا التحكم نشر في الألياف بواسطة متفاوتة20،24درجة حرارة الترسيب. ارتفاع درجات الحرارة إلى زيادة نشر التعيينات المحددة المدة والسلائف إلى الألياف. وأخيراً، يجب أن يكون طلاء أكسيد المعدن سميكة ما يكفي بعد نشرها في شكل طلاء خارجي امتثالي وتزويد المجموعات الوظيفية وزيادة خشونة السطح لوزارة المالية نوكليتي،من1820. حين تستخدم رقائق السيليكون لرصد نمو محددة المدة وتقدير سمك الفيلم، يمكن أن تخدم البوليمر المغلفة تدور على بلورات قكم كوسيلة أكثر دقة لتعقب الإقبال الشامل، مقترنة بكثافات فتير لتقدير سمك الفيلم24. هذه الأساليب سوف يتطلب المزيد من الوقت والمواد، ولكن يمكن أن تفسر التنو المؤجل أو المعجل في أفلام البوليمر، بدلاً من تقدير يستند إلى نمو التعيينات المحددة المدة على السليكون. وبدلاً من ذلك، يمكن استخدام التصوير المقطعي تيم، ولكن قد يؤدي هذا إلى كسر أو ضغط الطلاء الألياف.

خلافا لتوليف وزارة المالية التقليدية، يعتمد التوليف مل على مصدر معدن ترتكز على ألياف بصرية. في ظل الظروف المناسبة، يمكن منتشر طلاء3 2س ال في بولي بروبلين في الألياف، تساعد على ترسيخ وزارة المالية بعد التوليف. ومع ذلك، إذا تماما هو رد فعل أكسيد المعدن أو إذا كان يتم نشر التعيينات المحددة المدة المحدودة، قوات لاصقة قد قليلاً سيتضاءل. مثال على هذا الحالي لشركة مالونغوشي-96 نما استخدام دورات محددة المدة 500 Al2O3، كما هو موضح في الصورة ووزارة شؤون المرأة في الشكل 3 ألف. تغطية وزارة المالية غير مكتمل وشظايا فضفاضة دليل على طبقة MOF تقشير بعيداً عن الألياف بعد أكسيد المعدن تم تماما وكان رد فعل، تؤكده الصور المقطعية في الشكل 4. لطبقات أكسيد المعدن أكثر سمكا، لا يحترم هذا التقشير. تحميل MOF ميل محدد بواسطة مصدر معدني على الألياف. تحميل MOF في العينة 500 دورة كان احتمال منخفض لأن الجامعة قد استهلك تماما. التصاق وزارة المالية الموحدة على دورة 1000 و 2000 دورة عينات، والصور المقطعية، تشير إلى2س ال3 كان لا تستهلك تماما. التحميل محدود بمعدل نشر رابط العضوية حمض تريميسيك في ال2س3 وتوليف وقتاً أطول قد تكشف وزارة المالية أعلى تحميل على ال سمكا2س3 الطلاء.

بشكل منفصل من التوليفات MOF على الأقمشة، استخدمت Al2O3 مسحوق بدلاً من ال2س3 المدة الطلاء خلال توليفة MIL-96. لم ترد على المسحوق. لفهم الفرق في التفاعل بين مسحوق والفيلم، قورنت الثوابت عازل. استخدام القياسات ellipsometry على الفيلم، وجد الانكسار أن 1.63، إعطاء ثابت عازل من 2.66، بينما قيمة الأدب Al2O3 1025. وهذا يوحي الفيلم المدة أكثر بكثير من المحتمل أن تشكل ثنائي قطب، يجعله أكثر تفاعلية. ونظرا لانخفاض درجة حرارة محددة المدة، وهذا احتمالاً بسبب هيدروكسيلس المتبقية في الفيلم خلق العيوب.

نماذج دورة عام 2000 كان أعلى رهان المساحة السطحية، اتساقا مع كتلة أكبر تحميل من على 500 دورة العينات. ويعكس الرهان أصغر مساحة السطح من شركة مالونغوشي-96 على الألياف المغلفة مع 500 المدة دورات شحن أسلحة صغيرة. قيمة الأدب لبيت مساحة 96 شركة مالونغوشي المركب هو حوالي 600 متر2/gMOF7،8. استخدام القياسات الشامل والمساحات السطحية، كانت المساحة السطحية محددة محسوبة من ميل على الأقمشة سوى عشر قيم الأدب، على الرغم من أن هذا هو تحسن مع طبقات قاعدة محددة المدة أكثر سمكا. قد يكون هذا التقدير منخفضة بشكل مصطنع بسبب مبالغ فيه القياسات أسلحة ومواد غير كافية في الرهان.

لتوليف الارجان-66-NH2 ، TiO2 على ألياف السلطة الفلسطينية-6 يتفاعل مع العمود الفقري للألياف لتغيير الخصائص الهيكلية بينما أيضا تشكيل قذيفة خارجي الثابت في20،ميكروفيبيرس26. الطلاء أودعت عند 50 درجة مئوية أدى التصاق التدويه والفقراء بعد توليف MOF نظراً لمحدودية درجة الحرارة المنخفضة نشر السلائف إلى الألياف. أكاسيد معدنية أودعت عند 90 درجة مئوية، هذا التقشير ألغى إلى حد كبير بسبب زيادة درجة حرارة الترسيب، على الرغم من أنه لا يزال يمكن ملاحظة بعض الشقوق في الفيلم. عند 200 درجة مئوية، نشر في الألياف القضاء تقشير وتكسير، ولكن على حساب رقيق TiO متاح2 على سطح الألياف. قذائف الخارجي سميك المودعة في 50 و 90 درجة مئوية لا تزال أدت إلى نمو وزارة المالية، ولكن نمو وزارة المالية كانت محدودة للغاية في TiO2 المودعة في 200 درجة مئوية، ويحتمل لأنه شل الأبعد من ذلك رقيقة. بيت المساحة السطحية لهذه العينات تعكس النمو في الطبقات2 TiO. الارجان-66-NH2 مسحوق المساحة السطحية وكان 1325 م2/gوزارة المالية، باﻻتفاق مع الأدب وذكرت القيم. يعود إلى حساب وزارة المالية يكشف المساحة السطحية من القياسات الشامل والمساحات السطحية عينة مساحيق MOF على الأقمشة كان في أحسن الأحوال نصف مساحة كل غرام MOF. وفي جميع الحالات، بينما شحنات أسلحة يمكن أن تكون مضللة، وظيفة سمكا الخارجي المدة طبقات مرتبطة بأكبر رهان المساحات السطحية نمو MOF، ربما ينتج عن أفضل كريستالينيتي وزارة المالية كما السلائف MOF تفاعل أقل مع الألياف.

قد فحص دراسات المستقبل ترسيب طبقة الذرية لمجموعة متنوعة من أكاسيد المعادن، بما في ذلك أكسيد الزنك، زرو2، وهفو2، التي يمكن تطبيقها لوزارة المالية البديلة التوليفات27. ومع ذلك، بعض من هذه العمليات تتطلب كثير ترسب درجات حرارة أعلى، يحد من الأقمشة مجدية لترسب. بالإضافة إلى ذلك، قد تكون Mof مع مراكز معدنية أكثر تعقيداً بكثير، مثل مجموعات6 Zr، أصعب بكثير لتحقيق بسبب التنقل محدودة للفيلم. ومع ذلك، في اختيار المناسبة المدة السلائف ودرجات الحرارة، يمكن تحقيق سيولة للفيلم في توليف MOF أعلى درجات الحرارة28.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgments

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

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. Prawiec, P., et al. Improved Hydrogen Storage in the Metal-Organic Framework Cu3(BTC)2. Advanced Engineering Materials. 8, (4), 293-296 (2006).
  5. 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).
  6. Zhou, H., Kitagawa, S. Metal-Organic Frameworks (MOFs). Chemical Society Reviews. 43, (16), 5415-5418 (2014).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Peterson, G. W., Lu, A. X., Epps, T. H. III 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. Parsons, G. N., et al. Mechanisms and reactions during atomic layer deposition on polymers. Coordination Chemisty Reviews. 257, (23-24), 3323-3331 (2013).
  21. 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).
  22. Zhao, J., et al. Ultra-Fast Degradation of Chemical Warfare Agents Using MOF - Nanofiber Kebabs. Angewandte Chemie International Edition. 55, (42), 13224-13228 (2016).
  23. 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).
  24. 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).
  25. Nalwa, H. S. Handbook of low and high dielectric constant materials and their applications. Academic Press. (1999).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
أودعت توليف سولفوثيرمال من شركة مالونغوشي-96 والارجان-66-NH<sub>2</sub> في ذرية طبقة الطلاء أكسيد المعدن على حصائر الألياف
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Barton, H. F., Davis, A. K., Lee, D. T., Parsons, G. N. Solvothermal Synthesis of MIL-96 and UiO-66-NH2 on Atomic Layer Deposited Metal Oxide Coatings on Fiber Mats. J. Vis. Exp. (136), e57734, doi:10.3791/57734 (2018).More

Barton, H. F., Davis, A. K., Lee, D. T., Parsons, G. N. Solvothermal Synthesis of MIL-96 and UiO-66-NH2 on Atomic Layer Deposited Metal Oxide Coatings on Fiber Mats. J. Vis. Exp. (136), e57734, doi:10.3791/57734 (2018).

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