Waiting
Login processing...

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

Chemistry

الروغان السطحية من الأطر المعدنية العضوية لمقاومة الرطوبة محسنة

Published: September 5, 2018 doi: 10.3791/58052
Automatic Translation
1, 2, 1, 1, 2, 1
1Instituto de Ciencia Molecular (ICMol), Universitat de València, 2Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2), CSIC and The Barcelona Institute of Science and Technology

Summary

وأنتجت الطلاء الكاتيتشول وظيفية قوية في خطوة واحدة برد الفعل المباشر للمواد التي تعرف باسم HKUST مع كاتيتشولس الاصطناعية تحت الظروف اللاهوائية. تشكيل الطلاء متجانسة المحيطة كريستال كامل يعزى إلى نشاط الحفاز المحاكاة البيولوجية dimers Cu(II) على السطح الخارجي للبلورات.

Abstract

الأطر المعدنية العضوية (Mof) فئة من مسامية المواد غير العضوية مع خصائص واعدة في تخزين الغاز وفصل والحفز والاستشعار. بيد أن المسألة الرئيسية التي تحد من تطبيقها هو استقرارها الفقراء في الظروف الرطبة. الطرق الشائعة للتغلب على هذه المشكلة تنطوي على تشكيل المعادن-رابط روابط قوية باستخدام عالية اتهم المعادن، الذي يقتصر على عدد من الهياكل، المقدمة مجموعات الكيليك الإطار بالتعديل بعد الاصطناعية (PSM) أو ترسيب الأبخرة الكيميائية (الرسوم التعويضية) لتعزيز هيدروفوبيسيتي العام للإطار. عادة ما تكون إثارة هذين الماضي انخفاض حاد للتسلل المواد. لا تسمح هذه الاستراتيجيات على استغلال الخصائص لوزارة المالية المتاحة بالفعل، وأنه لا بد من إيجاد طرق جديدة لتعزيز استقرار Mof في المياه مع عدم المساس بممتلكاتهم. وهنا، نحن تقرير طريقة جديدة لتعزيز استقرار المياه بلورات MOF يضم Cu2(س2ج)4 مجداف عجلة الوحدات، مثل HKUST (حيث يقف HKUST لجامعة هونج كونج للعلوم والتكنولوجيا)، مع كاتيتشولس فونكتيوناليزيد مع سلاسل الكيل ومخفضات الألكيل. بأخذ استفادة مواقع المعادن غير المشبعة ونشاط مثل catecholase الحفاز من أيونات Cuالثاني ، نحن قادرون على إنشاء عوازل مسعور قوية عن طريق الأكسدة والبلمره اللاحقة لوحدات الكاتيتشول على السطح بلورات تحت الظروف اللاهوائية وخالية من المياه دون الإخلال بالبنية الأساسية للإطار. هذا النهج لا يتيح المواد مع المياه تحسين الاستقرار بل يوفر أيضا السيطرة على وظيفة طلاء واقية، مما يتيح وضع الطلاء الوظيفية الامتزاز وفصل المركبات العضوية المتطايرة . ونحن واثقون من أن هذا النهج يمكن أيضا أن تمتد إلى أخرى Mof غير مستقرة تتميز بفتح المواقع المعدنية.

Introduction

الأطر المعدنية العضوية فئة من المواد المسامية البلورية بنيت من المكونات المعدنية غير العضوية، يدعى عادة بناء الثانوي الوحدات (وحدات)، عقدت معا من يغاندس بوليتوبيك العضوية من خلال سندات تنسيقية. التجميع الذاتي من هذه SBUs مع linkers العضوية يتيح تشكيل هياكل مسامية 3D الموسعة مع المناطق السطحية العالية جداً والغاز التطبيقات الواعدة في المجالات التخزين والفصل1،2، الحفز و الاستشعار3. بيد أن القيد الرئيسي لتطبيقها هو استقرارها الفقراء في الماء4،5كما معظمها إدراج معادن ديفالينت في بنيتها أن النتائج في شكل سندات مجا التنسيق، كتلك التي ووجهت في الكلاسيكية مواد مثل وزارة المالية-56أو7من HKUST.

تنطوي على نهج مشتركة لحل هذه المشكلة من ناحية، وإقامة تنسيق أقوى السندات باستخدام المعادن مشحونة، مثل Ti(IV)، أو Zr الأساسية N-الجهات المانحة يغاندس7،8 أو يغاندس دمج الأحماض والمواقع الأساسية9. ومع ذلك، هذا الأسلوب يقتصر على المواد الجديدة ولا تسمح بتعزيز استقرار Mof المتاحة بالفعل. من ناحية أخرى، استخدام نهج لتحسين استقرار مواد معروفة بالفعل الطرق الاصطناعية بعد التعديل إدخال مويتيس مسعور في مساحة فارغة من الاصطناعية بعد تعديل رابط10،11 أو عن طريق الأبخرة الكيميائية ترسب (الرسوم التعويضية)12. ولسوء الحظ، يأتي استقرار هذه الأساليب في نفقات إجراء تخفيض جذري في المسامية لهذه المواد، واستخدام الأجهزة المتطورة. وينبغي أيضا إبراز استخدام الأخيرة لتعديل الأحماض الفوسفونيك، مثل 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphate (دوبا)13 أو n-أوكتاديسيلفوسفونيك الحمضية (أوبا)14، نقل هيدروفوبيسيتي في المعروف Zr(IV) Mof.

الكاتيتشول المركبات، مثل الدوبامين، قد استخدمت على نطاق واسع مجموعة واسعة من المواد من خلال تشكيل بوليدوباميني15فونكتيوناليزي. بيد أن تشكيل هذه الطلاءات يقتصر على استخدام المحاليل مخزنة للحلول الأساسية قليلاً مما لا يناسب Mof مع سندات مجا. بورتولوزي et al. ذكرت مؤخرا أن بوليدوباميني يمكن أن تنتج في الحل بمجمع Cu(II) بينوكلير يضم Cu2(μ س) كمركز حفاز16 الذي يعرض نشاط الحفاز مثل catecholase تذكرنا الطبيعية إنزيمات مثل الكاتيتشول أوكسيديز17 والتيروزينات18. في الآونة الأخيرة، وقد أظهرنا كيف وزارة المالية استناداً إلى وحدات مجداف عجلة Cu(II) متصلاً من خلال linkers تريميساتي، المعروف باسم HKUST، يمكن أن يحميها من تدهور هيدروليكي بلمرة كاتيتشولس فونكتيوناليزيد، مثل 4-هيباتديسيل-الكاتيتشول (هدكات) أو المفلورة-4-أونديسيلكاتيتشول (فدكات)، على سطح البلورات19. هذه طريقة بسيطة يثبت مدى كفاءة وظيفية الطلاء يمكن تجميعها تحت ظروف معتدلة بغض النظر عن الوظيفة الكاتيتشول ودون استخدام المخزن المؤقت للحلول التي يمكن أن تعرض للخطر استقرار الإطار، ونظرا للمحاكاة البيولوجية نشاط الحفاز للوحدات Cu(II). ونحن نعتقد أن هذا الأسلوب الجديد يمكن تمكين تكوين الطلاءات الوظيفية التي، إلى جانب حماية من تدهور هيدروليكي، قد تمكن انتقائية امتزاز جزيئات مراوان أو المركبات العضوية المتطايرة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. الإجراء الاصطناعية من hdcat@HKUST

ملاحظة: يجب إجراء العملية بأكملها داخل صندوق قفازات بغية تجنب أي اتصال مع الرطوبة المحيطة. تبعاً لذلك، يجب أن تكون جميع الكواشف والمذيبات المستخدمة الجافة والمخزنة في مربع القفازات.

  1. جلب قنينة زجاج مل 4 مفتوحة وملاعق اثنين ومن ميكروبيبيتي 1 مل إلى صندوق القفازات.
  2. نقل 50 مغ هدكات إلى القنينة الزجاجية.
    ملاحظة: في بعض الحالات، قد تكون بندقية مكافحة ساكنة ضرورية من أجل تجنب الآثار غير المرغوب فيها للكهرباء الاستاتيكية.
  3. ضع 1 مل كلوروفورم اللامائى في القنينة الزجاجية التي تحتوي على هدكات.
    ملاحظة: يمكن حل كل لا هدكات تماما في درجة حرارة الغرفة، ولكن فإنه يذوب بسرعة عندما يتم وضع القنينة في الفرن في الخطوات التالية.
  4. ضع 10 مغ HKUST في كلوروفورم الحل الذي يحتوي على هدكات وختم القنينة محكم.
  5. تأخذ القنينة من صندوق القفازات و sonicate تعليق HKUST وهدكات في كلوروفورم لبضع ثوان لمجانسة الحل.
    ملاحظة: لا تعرض محتويات القنينة إلى الهواء المحيط بإدخال س2 في رد فعل وسائل الإعلام يمكن أن تدفع بلمرة وحدات الكاتيتشول في الحل وليس على سطح بلورات15.
  6. مكان القنينة في الفرن عند 70 درجة مئوية بين عشية وضحاها. تأكد من أن القنينة محكم مختومة تفاديا لتبخر كلوروفورم أثناء رد فعل (نقطة الغليان (شكل3) = 61.2 درجة مئوية).
    ملاحظة: في بعض الحالات، قد يكون شريط تفلون المحيطة بسداده ملولبة مفيدة. يتطلب هذا البروتوكول فرن مسخن على 70 درجة مئوية. لا ينبغي أن درجة الحرارة أعلى من 70 درجة مئوية، كما يمكن الحصول على منتجات غير متبلور خلاف ذلك.

2. الغسيل الداخلي ل hdcat@HKUST

  1. إخراج القنينة من الفرن بعد يجري بين عشية وضحاها في 70 درجة مئوية ونقلها إلى صندوق القفازات جنبا إلى جنب مع أنبوب الطرد مركزي 15 مل.
  2. نقل محتويات القنينة إلى أنبوب الطرد المركزي داخل صندوق القفازات استخدام الكلوروفورم اللامائى الطازجة.
  3. فصل hdcat@HKUST المواد المغلفة بالطرد المركزي (3354 x ز، 1 دقيقة). تأكد من أن الأنبوب الطرد المركزي هو توج محكم كما أنه يجب أن تؤخذ خارج مربع القفازات للطرد المركزي بالمواد.
  4. إدخال أنبوب الطرد المركزي في صندوق القفازات سرعة بعد الطرد المركزي.
  5. استخراج المادة طافية بعناية باستخدام قطارة وتخزينها في قنينة زجاجية نظيفة 40 مل.
  6. تعليق المواد المغلفة في 3 مل اللامائى تشكل3 بغية إزالة وحدات الكاتيتشول مبلمرة الممكنة التي لم تعلق على سطح البلورات.
  7. كرر الخطوات من 2، 3-2.6 ثلاث مرات.
  8. تعليق المواد المغلفة في 3 مل ميثانول اللامائى.
  9. كرر الخطوات من 2، 3-2.6 ثلاث مرات ولكن استخدام الميثانول اللامائى من أجل إزالة الجزيئات هدكات الممتص.
    ملاحظة: لا نرمي الحلول هدكات كما يمكن استرداد بواسطة التبخر بطيئة من الحلول في صندوق القفازات المنتج واستخدامها.
  10. نقل hdcat@HKUST غسلها باستخدام الميثانول اللامائى والانتظار حتى يستقر الصلبة المغلفة أسفل القنينة قنينة زجاج.
  11. تأخذ بها المادة طافية واسمحوا مسحوق جاف في درجة حرارة الغرفة في المربع القفازات.

3. الإجراء الاصطناعية من fdcat@HKUST

ملاحظة: يجب إجراء العملية بأكملها داخل صندوق قفازات بغية تجنب أي اتصال مع الرطوبة المحيطة. تبعاً لذلك، يجب أن تكون جميع الكواشف والمذيبات المستخدمة الجافة والمخزنة في مربع القفازات.

  1. إدخال قنينة زجاج مل 4 مفتوحة وملاعق اثنين ومن ميكروبيبيتي 1 مل في مربع القفازات.
  2. ضع 50 مغ فدكات داخل القنينة الزجاجية.
    ملاحظة: في بعض الحالات، قد تكون بندقية مكافحة ساكنة ضرورية من أجل تجنب الآثار غير المرغوب فيها للكهرباء الاستاتيكية.
  3. ضع 1 مل كلوروفورم اللامائى في القنينة الزجاجية التي تحتوي على فدكات.
    ملاحظة: ليس كل فدكات يمكن حل تماما في درجة حرارة الغرفة، ولكن فإنه يذوب بسرعة عندما يتم وضع القنينة في الفرن في الخطوات التالية.
  4. ضع 10 مغ HKUST في كلوروفورم الحل الذي يحتوي على فدكات وختم القنينة محكم.
  5. تأخذ القنينة من صندوق القفازات و sonicate تعليق HKUST وفدكات في كلوروفورم لبضع ثوان لمجانسة الحل.
    ملاحظة: لا تعرض محتويات القنينة إلى الهواء المحيط وفي أية حالة كإدخال س2 في رد فعل وسائل الإعلام يمكن أن تدفع بلمرة وحدات الكاتيتشول في الحل وليس على سطح بلورات15.
  6. مكان القنينة في الفرن عند 70 درجة مئوية بين عشية وضحاها. تأكد من أن القنينة محكم مختومة تفاديا لتبخر كلوروفورم أثناء رد فعل (نقطة الغليان (شكل3) = 61.2 درجة مئوية).
    ملاحظة: في بعض الحالات، قد يكون شريط تفلون المحيطة بسداده ملولبة مفيدة. يتطلب هذا البروتوكول فرن مسخن على 70 درجة مئوية. لا ينبغي أن درجة الحرارة أعلى من 70 درجة مئوية، كما يمكن الحصول على منتجات غير متبلور خلاف ذلك.

4-الغسيل الداخلي ل fdcat@HKUST

  1. إخراج القنينة من الفرن بعد يجري بين عشية وضحاها في 70 درجة مئوية ونقلها إلى صندوق القفازات جنبا إلى جنب مع أنبوب الطرد مركزي 15 مل.
  2. نقل محتويات القنينة إلى أنبوب الطرد المركزي داخل صندوق القفازات استخدام الكلوروفورم اللامائى الطازجة.
  3. فصل fdcat@HKUST المواد المغلفة بالطرد المركزي (3354 x ز، 1 دقيقة). تأكد من أن الأنبوب الطرد المركزي هو توج محكم كما أنه يجب أن تؤخذ خارج مربع القفازات للطرد المركزي بالمواد.
  4. إدخال أنبوب الطرد المركزي سريعاً إلى صندوق القفازات بعد الطرد المركزي.
  5. استخراج المادة طافية بعناية باستخدام قطارة وتخزينها في قنينة زجاجية نظيفة 40 مل.
  6. تعليق المواد المغلفة في 3 مل من شكل اللامائى3 بغية إزالة وحدات الكاتيتشول مبلمرة الممكنة التي لم تعلق على سطح البلورات.
  7. كرر الخطوات من 4، 3-4.6 ثلاث مرات.
  8. تعليق المواد المغلفة في 3 مل ميثانول اللامائى.
  9. كرر الخطوات من 4، 3-4.6 ثلاث مرات ولكن استخدام الميثانول اللامائى من أجل إزالة الجزيئات فدكات الممتص.
    ملاحظة: لا نرمي الحلول فدكات كما يمكن استرداد بواسطة التبخر بطيئة من الحلول في صندوق القفازات المنتج واستخدامها.
  10. نقل fdcat@HKUST غسلها باستخدام الميثانول اللامائى والانتظار حتى يستقر الصلبة المغلفة أسفل القنينة قنينة زجاج.
  11. تأخذ بها المادة طافية واسمحوا مسحوق جاف في درجة حرارة الغرفة في المربع القفازات.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

كل الكواشف والمواد كانت مخزنة في صندوق القفازات وتستخدم كما وردت دون أي تنقية إضافية ما لم يذكر خلاف ذلك. تجري العملية بأكملها في صندوق قفازات بغية تجنب الاتصال مع الرطوبة التي يمكن أن تتحلل المواد غير المصقول.

ضمانا إمكانية تكرار نتائج خلال التجارب، استخدمت HKUST المتاحة تجارياً مع حجم جسيمات متوسط ما يقرب من 40-50 ميكرون (الشكل 1)، كما اقترحت دراسات سابقة أن الجسيمات مهم لسطح قابل لإعادة الإنتاج الكثافة الروغان20.

يتم تعليق البلورات HKUST في حلول كلوروفورم اللامائى من هدكات أو فدكات (الشكل 1ج) في المربع القفازات. محكم توج قنينة الزجاج واتخاذها للخروج من مربع القفازات وسونيكاتيد لبضع ثوان لمجانسة التعليق. ثم تم تسخينه الخلائط في 70 درجة مئوية بين عشية وضحاها في فرن مسخن تحت ظروف ثابتة. فصل بالطرد المركزي وتشطف مع كلوروفورم (x 3) المواد الصلبة والميثانول (x3) من أجل إزالة فاتحة بلمرة وحدات وجزيئات الكاتيتشول الممتص،15على التوالي.

المظاهرة الأولى لتعديل السطح من البلورات عند هيدروفوبيسيتي زيادة هي غارقة في الماء (الشكل 2). بالمقارنة مع HKUST العارية، التي المصارف فورا إلى أسفل القنينة، hdcat@HKUST و fdcat@HKUST يمكن الوقوف على الماء لعدة أيام دون غرق. قياس زاوية الاتصال (CA) في الواقع تأكيد hydrophobicity أعلى من hdcat@HKUST و fdcat@HKUST مع قيم CA من 107 ± 1° و 124 ± 1°، على التوالي، مقارنة مع HKUST الذي كان ماء عالية (الشكل 2).

مقارنة بين أطياف الأشعة تحت الحمراء مترا HKUST قبل وبعد عملية الطلاء هدكات وفدكات واقترح إدراج الصحيح من جزيئات كاتيتشولاتي على البلورة. في حالة hdcat@HKUST (الشكل 3)، ويمكن ملاحظة العصابات تناظر ألكان ح ج تمتد الاهتزازات (3000-2800 سم-1) من سلسلة الكيليك هدكات، التي لم تكن موجودة في HKUST العارية. النسبة fdcat@HKUST (الشكل 3ب)، هي العصابات الجديدة التي تظهر ألكان ج-و تمتد الاهتزازات (1250-1100 سم-1) التي لا تراعي في HKUST. المقدرة من تحليل ثيرموجرافيميتريك في أعمالنا السابقة العمل19، تطعيم كاتيتشولاتي ممثلة من 3.1 في المائة و 2.6 في المائة ل hdcat@HKUST و fdcat@HKUST، على التوالي.

صور المجهر الإلكتروني المسح الضوئي (SEM) hdcat@HKUST و fdcat@HKUST تظهر طبقة مموج خارجية من ca. 600 نانومتر المحيطة بالبلورات. واقترحت هذه النتائج بلمرة فعالة من جزيئات هدكات وفدكات على سطح البلورات مع احترام ما مورفولوجيا(الشكل 4). هذا ما أكده كذلك الأشعة السينية النانومترية القياس الطيفي (XPS) القياسات التي أظهرت وجود Cu(I) و Cu(II) في eV 933 و 935، على التوالي، في hdcat@HKUST و fdcat@HKUST، الذي كنا يعزى إلى رد فعل مويتيس الكاتيتشول بالاتحاد الجمركي2 الوحدات على السطح والبلمره اللاحقة (الشكل 4ب). كما هو مفصل في دراستنا السابقة، تؤكد أطياف الرنين المغناطيسي hdcat@HKUST هضمها و fdcat@HKUST أيضا أن المواد المحيطة بالبلورات هي في الواقع15،جزيئات الكاتيتشول مبلمرة19.

تم العثور على تشكيل الطلاء كاتيتشولاتي في HKUST المضي قدما في أي تأثير على بنية بلورية HKUST كما أكده مسحوق القياسات حيود الأشعة السينية (بكسرد، الشكل 4ج). هذا ما أكده أيضا قياسات المسامية في 77 ك استخدام N2 الممتزة (الشكل 4د)، التي أظهرت أن hdcat@HKUST و fdcat@HKUST الإبقاء على المساحة السطحية مع اختلافات طفيفة بعد عملية الطلاء. وتقترح هذه النتيجة أيضا أن يحدث رد فعل البلمرة فقط على السطح من البلورات بدلاً من مسام المواد.

Figure 1
الشكل 1 : التمثيل التخطيطي للمواد- () بنية بلورية HKUST، (ب) وزارة شؤون المرأة صورة مجهرية HKUST كريستال (ج) الكيميائية هيكل ومن كاتيتشولس فونكتيوناليزيد. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
الشكل 2 : هيدروفوبيسيتي المواد المغلفة. اتصل بقيم زاوية HKUST العارية، و hdcat@HKUST و fdcat@HKUST وصورة توضح الفرق في hydrophobicity من تعديل المواد الصلبة بالمقارنة مع HKUST. هذا الرقم قد تم تكييفه مع إذن من الرقم 19. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3 : توصيف المواد الكيميائية hdcat@HKUST و fdcat@HKUST- تحويل فورييه الأشعة تحت الحمراء (الأشعة تحت الحمراء مترا) الأطياف hdcat@HKUST مع HKUST وهدكات ()، و fdcat@HKUST مع HKUST وفدكات (ب). هذا الرقم قد تم تكييفه مع إذن من الرقم 19. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 4
الشكل 4 : تأثير الطلاء كاتيتشولاتي على خصائص HKUST. () وزارة شؤون المرأة صور لبلورات HKUST و hdcat@HKUST و fdcat@HKUST. (ب) Cu 2 ف عالية الاستبانة XPS الأطياف، أنماط (ج) بكسرد بالمقارنة مع بكسرد HKUST محاكاة و (د) ن2إيسوثيرمس في ك 77 من المواد الصلبة قبل وبعد عملية الطلاء. هذا الرقم قد تم تكييفه مع إذن من الرقم 19. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

يوفر الأسلوب الذي ذكرته في هذا العمل نهجاً بسيطة وفعالة لتعديل سطح بلورات MOF بتفاعل مباشر مع كاتيتشولس الاصطناعية في ظروف معتدلة بغض النظر عن الأداء الوظيفي للسلسلة. وعلى عكس النهج التقليدية لإنتاج بوليدوباميني مثل الطلاء، يمكن أن يؤديها هذا الطريق في الظروف اللاهوائية واللامائي، ودون أي إضافة قاعدة يمكن أن تعرض للخطر الاستقرار في وزارة المالية. الميثانول وكلوروفورم أولاً اختيرت استناداً إلى الأعمال السابقة14،20ونظرا لأن القابلية للذوبان عالية من جزيئات الكاتيتشول في هذه المذيبات. ومع ذلك، تم تجاهل الميثانول سريعاً نتيجة لأحمال الكاتيتشول المنخفضة التي تم الحصول عليها في HKUST (ca 1.2% بالوزن هدكات)، مقارنة بتلك التي تم الحصول عليها مع كلوروفورم (3.6% ca. هدكات)، استناداً إلى تحليلات ثيرموجرافيميتريك السابق19. ولذلك المذيب لا تلعب دوراً أبرياء كمذيبات مختلفة يمكن أن تسفر عن شحنات الكاتيتشول مختلفة. من المهم تسليط الضوء على أن هذه العملية يجب أن يتم في جو خال من الأكسجين كما يمكن تعزيز الأكسجين البلمرة التأكسدي من جزيئات الكاتيتشول في الحل، وليس على السطح من المواد. ويمكن ملاحظة تعديل HKUST السطحية مع هدكات أو فدكات مباشرة بقياسات زاوية الاتصال (الشكل 2)، التي أظهرت التغيير من ماء إلى مسعور عالية في كل من hdcat@HKUST و fdcat@HKUST، والأشعة تحت الحمراء مطيافية (الشكل 3) التي أظهرت عصابات الذبذبات المميزة مويتيس الكاتيتشول في تعديل المواد الصلبة.

الروغان الإطار يحدث دون أي خسائر من كريستالينيتي ولا خصائص امتصاص المواد (الأرقام 4ج-د). التفتيش المزيد من بلورات hdcat@HKUST و fdcat@HKUST بالمجهر الإلكتروني المسح يكشف سطح أخشن بالمقارنة مع باري HKUST. علاج من بلورات معدلة في كلوروفورم تحت sonication شامل يسمح جزء من الطلاء بوليكاتيتشولاتي أن انشقت (الشكل 4) الكشف عن جزء من الكريستال الأصلي، الذي عمل أيضا لتحديد طبقة سماكة تقريبية للطلاء (ca. 600 nm)19. تشكيل هذه الطلاءات بوليكاتيتشول يعزى إلى نشاط الحفاز المحاكاة البيولوجية للأنواع Cu(II) موجودة على السطح من بلورات HKUST على أكسدة جزيئات الكاتيتشول، مماثل لنشاط الأنزيمي الكاتيتشول أوكسيديز17 ، كما أنها أكدت أيضا قياسات XPS التي تبين وجود Cu(I) على سطح البلورات نتيجة لعملية البلمرة التأكسدي. على عكس أعمال أخرى تصف الروغان السطحية من Mof بلورات مع12من مصفوفات البوليمر، مما يجعل استخدام الآلات المتطورة، يأخذ هذه المنهجية ميزة ميزات وزارة المالية، مثل فتح المواقع المعدنية الموجودة في HKUST، بغية تحريك بلمرة جزيئات الكاتيتشول في ظروف معتدلة.

هذا النهج يساعد على تحسين التسامح الرطوبة من المواد19، بل أيضا يتيح السيطرة على الأداء الوظيفي لتطعيم حول البلورات، كما أنه يمكن التلاعب بمناسبة اختيار الكاتيتشول فونكتيوناليزيد. ونحن نعتقد أن هذا الأسلوب سيتم توفير نهج مثيرة لاهتمام ليس فقط للمواد Cu-وزارة المالية المعروفة، ولكن أيضا لسائر Mof تتميز بفتح المواقع المعدنية، التي سوف تكون قادرة على دمج وظائف جديدة لم تكن موجودة في الصلب غير فونكتيوناليزيد، مثل الامتزاز مراوان الجزيئات أو المركبات العضوية المتطايرة. يمكن تحقيق هذا عن طريق الاختيار المناسبة للوظائف الموجودة في جزيء الكاتيتشول.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgments

هذا العمل كان يدعمها الاتحاد الأوروبي (منسق الإغاثة الطارئة الجنيه الاسترليني شيم-خ-MOF 445 714122)، الإسبانية مينيكو (وحدة من التميز أطباء العالم-2015-0538)، و 447 فالنسيا محافظة (منحة غف/2016/137). C.M.-غ. وكيركراده--زاي. أشكر "مينيكو 448 الإسبانية" رامون y كيال الزمالة والاستثمار في الحوافظ المالية المنح الدراسية 449 (CTQ2014-59209-P)، على التوالي. N.M.P. وذلك بفضل المجلس العسكري دي 450 الأندلس لزمالة ما بعد الدكتوراه P10-FQM-6050. F.N. و 451 D.R.M. ممتنون أيضا للدعم المالي المقدم من 452 المشروع MAT2015-70615-R من "الحكومة الإسبانية" و 453 من أموال FEDER. وتمول في ICN2 دي برنامج/محافظة سيركا كاتالونيا والتي يدعمها البرنامج سيفيرو أوتشوا وزارة الاقتصاد الإسبانية والصناعة والقدرة التنافسية (مينيكو، منح لا. SEV-2013-0295).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Basolite C-300 Sigma-Aldrich 688614 Commercial HKUST
Anhydrous Methanol (99.8%) Sigma-Aldrich 322415
Anhydrous Chloroform (>99%) Sigma-Aldrich 288306
Mettler Toledo TGA/SDTA 851 Mettler Toledo Thermogravimetric Analyser
Agilent Cary 630 FTIR Agilent FT-IR Spectrophotometer, ATR Module
PANalytical X’Pert Pro PANalytical Powder XRD Diffractometer
AUTOSORB-6 apparatus Quantachrome Nitrogen Isotherms were carried out with this equipment. Activation of the samples was carried out under dynamic vacuum at 170 °C. Performed by the technical service of Universitat d'Alacant.
K-Alpha X-ray photoelectron spectrometer system Thermo-Scientific Analysis were performed at the X-Ray unit of the Universitat d'Alacant
FEI Quanta 650 FEG scanning electron microscope Fisher Scientific Used to observe partcle morphologies and dimensions

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Banerjee, D., et al. Metal-organic framework with optimally selective xenon adsorption and separation. Nature Communications. 7, (2016).
  2. Elsaidi, S. K., et al. Hydrophobic pillared square grids for selective removal of CO 2from simulated flue gas. Chemical Communications. 51 (85), 15530-15533 (2015).
  3. Furukawa, H., Cordova, K. E., O'Keeffe, M., Yaghi, O. M. The chemistry and applications of metal-organic frameworks. Science. 341 (6149), New York, N.Y. 1230444 (2013).
  4. Howarth, A. J., et al. Chemical, thermal and mechanical stabilities of metal-organic frameworks. Nature Reviews Materials. 1 (3), 15018 (2016).
  5. Burtch, N. C., Jasuja, H., Walton, K. S. Water Stability and Adsorption in Metal-Organic Frameworks. Chem Rev. , (2014).
  6. Guo, P., Dutta, D., Wong-Foy, A. G., Gidley, D. W., Matzger, A. J. Water Sensitivity in Zn4O-Based MOFs is Structure and History Dependent. Journal of the American Chemical Society. , 150213132255001 (2015).
  7. Gao, W. Y., et al. Remote stabilization of copper paddlewheel based molecular building blocks in metal-organic frameworks. Chemistry of Materials. 27 (6), 2144-2151 (2015).
  8. Devic, T., Serre, C. High valence 3p and transition metal based MOFs. Chemical Society Reviews. 43 (43), 6097-6115 (2014).
  9. He, H., et al. A Stable Metal-Organic Framework Featuring a Local Buffer Environment for Carbon Dioxide Fixation. Angewandte Chemie - International Edition. 57 (17), 4657-4662 (2018).
  10. Nguyen, J. G., Cohen, S. M. Moisture-resistant and superhydrophobic metal-organic frameworks obtained via postsynthetic modification. Journal of the American Chemical Society. 132 (13), 4560-4561 (2010).
  11. Sun, Q., et al. Imparting amphiphobicity on single-crystalline porous materials. Nature Communications. 7, 13300 (2016).
  12. 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. Journal of the American Chemical Society. 134 (3), 1486-1489 (2012).
  13. Wang, S., et al. Surface-specific functionalization of nanoscale metal-organic frameworks. Angewandte Chemie - International Edition. 54 (49), 14738-14742 (2015).
  14. Sun, Y., et al. A molecular-level superhydrophobic external surface to improve the stability of metal-organic frameworks. Journal of Materials Chemistry A. 5 (35), 18770-18776 (2017).
  15. Saiz-Poseu, J., et al. Versatile Nanostructured Materials via Direct Reaction of Functionalized Catechols. Advanced Materials. 25 (14), 2066-2070 (2013).
  16. de Oliveira, J. A. F., et al. Dopamine polymerization promoted by a catecholase biomimetic Cu II(µ-OH)Cu IIcomplex containing a triazine-based ligand. Dalton Transactions. 45 (39), 15294-15297 (2016).
  17. Koval, I. A., Gamez, P., Belle, C., Selmeczi, K., Reedijk, J. Synthetic models of the active site of catechol oxidase: mechanistic studies. Chemical Society Reviews. 35 (9), 814 (2006).
  18. Yang, J., Cohen Stuart, M. A., Kamperman, M. Jack of all trades: versatile catechol crosslinking mechanisms. Chemical Society Reviews. 43 (43), 8271-8298 (2014).
  19. Castells-Gil, J., Novio, F., Padial, N. M., Tatay, S., Ruíz-Molina, D., Martí-Gastaldo, C. Surface Functionalization of Metal-Organic Framework Crystals with Catechol Coatings for Enhanced Moisture Tolerance. ACS Applied Materials and Interfaces. 9 (51), 44641-44648 (2017).
  20. Wang, S., et al. Surface-Specific Functionalization of Nanoscale Metal-Organic Frameworks. Angewandte Chemie. 127 (49), 14951-14955 (2015).

Tags

الكيمياء، 139 قضية، الأطر المعدنية العضوية، الروغان السطحية، واستقرار المياه، بيوميميتيقا catecholase، طلاء مسعور، كاتيتشولس فونكتيوناليزيد
الروغان السطحية من الأطر المعدنية العضوية لمقاومة الرطوبة محسنة
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Castells-Gil, J., Novio, F., Padial, … More

Castells-Gil, J., Novio, F., Padial, N. M., Tatay, S., Ruíz-Molina, D., Martí-Gastaldo, C. Surface Functionalization of Metal-Organic Frameworks for Improved Moisture Resistance. J. Vis. Exp. (139), e58052, doi:10.3791/58052 (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