Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Oppervlakte Functionalization van metaal-organische kaders voor verbeterde vochtbestendigheid

Published: September 5, 2018 doi: 10.3791/58052

Summary

Robuuste functionele catechol coatings werden in één stap geproduceerd door directe reactie van het materiaal bekend als HKUST met synthetische catechols onder anaërobe omstandigheden. De vorming van homogene coatings rondom het hele kristal wordt toegeschreven aan de biomimetische katalytische activiteit van Cu(II) Dimeren op het buitenoppervlak van de kristallen.

Abstract

Metaal-organische kaders (MOFs) vormen een klasse van poreuze anorganische materialen met veelbelovende eigenschappen in de opslag van gas en scheiding, katalyse en sensing. De belangrijkste kwestie beperken hun toepasbaarheid is echter hun slechte stabiliteit in vochtige omstandigheden. De gemeenschappelijke methoden om dit probleem te overwinnen betrekken de vorming van sterk metaal-linker obligaties met behulp van metalen, zeer te betalen die is beperkt tot een aantal structuren, de invoering van alkylic groepen in het kader van post synthetische wijziging (PSM) of chemische damp deposition (CVD) ter verbetering van de algemene hydrophobicity van het kader. Deze laatste twee leiden meestal tot een drastische vermindering van de porositeit van het materiaal. Deze strategieën niet mogelijk is te benutten van de eigenschappen van de MOF al beschikbaar en het is absoluut noodzakelijk om te vinden van nieuwe methoden ter verbetering van de stabiliteit van MOFs in water met behoud van hun eigenschappen intact. Hierin, rapporteren we een nieuwe methode om de stabiliteit van de water van kristallen van MOF met Cu2(O2C)4 peddel-wiel eenheden, zoals HKUST (waarbij HKUST staat voor Hong Kong University of Science & Technology), met de catechols matiemaatschappij met alkyl- en fluor-alkyl ketens. Door gebruik te maken van de onverzadigde metalen sites en de katalytische activiteit van het catecholase-achtige van CuII ionen, zijn wij in staat om robuuste hydrofobe coatings door de oxidatie en latere polymerisatie van het catechol-eenheden op het oppervlak van de kristallen onder anaërobe en watervrij omstandigheden zonder het verstoren van de onderliggende structuur van het kader. Deze aanpak niet alleen het materiaal met verbeterde water stabiliteit biedt maar ook biedt controle over de functie van de beschermende coating, waardoor de ontwikkeling van functionele coatings voor de adsorptie en scheidingen van vluchtige organische stoffen . Wij zijn ervan overtuigd dat deze benadering kan ook worden uitgebreid tot andere unstable MOFs met open metalen sites.

Introduction

Metaal-organische kaders zijn een klasse van kristallijne poreuze materialen opgebouwd uit anorganische metalen onderdelen, meestal genoemd secundaire gebouw eenheden (SBUs), bij elkaar gehouden door de organische liganden polytopic via coördinatieve bindingen. De zelf-assemblage van deze SBUs met de organische linkers maakt de vorming van uitgebreide 3D poreuze structuren met zeer hoge oppervlakten en veelbelovende toepassingen op het gebied van gas opslag en scheiding1,2, katalyse en Sensing3. De belangrijkste beperking voor hun toepasbaarheid is echter hun slechte stabiliteit in water4,5want allermeest zij nemen divalente metalen in hun structuur die in labiele coördinatie obligaties, als degenen die zich voordoen bij klassieke resulteert materialen zoals MOF-5,6of7van de HKUST.

Gemeenschappelijke aanpak van dit probleem op te lossen betrekken aan de ene kant, de totstandbrenging van sterkere coördinatie obligaties door het gebruik van zeer geladen metalen, zoals Zr of Ti(IV), basic N-donor liganden7,8 of liganden houdende zuren en elementaire sites9. Echter, deze methode is beperkt tot nieuwe materialen en staat niet toe om de stabiliteit van MOFs al beschikbaar. Aan de andere kant, de benaderingen ter verbetering van de stabiliteit van de reeds bekende materialen de post synthetische modificatie methoden gebruiken om te introduceren hydrofobe wordt in de lege ruimte na synthetische wijziging van de linker10,11 of door chemische vapour deposition (CVD)12. Helaas komt de stabiliteit van deze methoden op de kosten van een drastische vermindering van de porositeit van het materiaal en het gebruik van geavanceerde instrumentatie. Het recent gebruik van gemodificeerde phosphonic zuren, zoals 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphate (DOPA)13 of n- octadecylphosphonic zuur (OPA)14, om hydrophobicity in de bekende Zr(IV) MOFs hieraan moet ook worden onderstreept.

Catechol stoffen, zoals dopamine, zijn uitvoerig gebruikt om een breed scala van materialen door de vorming van polydopamine15functionalize. De vorming van deze coatings is echter beperkt tot het gebruik van gebufferde waterigeoplossingen voor licht basische oplossingen die niet geschikt voor MOFs met labiele obligaties zijn. Bortoluzzi et al. rapporteerde onlangs dat polydopamine kan worden geproduceerd in oplossing door een binuclear Cu(II) complex met Cu2(µ-O) als een katalytische16 centrum waarin catecholase-achtige katalytische activiteit denken van natuurlijke enzymen zoals catechol oxidase17 en tyrosinase18. Meer recentelijk hebben we laten zien hoe een MOF op basis van Cu(II) peddel-wiel SBUs verbonden door middel van trimesate linkers, bekend als HKUST, kan worden beschermd tegen Hydrolytische afbraak door de polymerisatie van matiemaatschappij catechols, zoals 4-hepatdecyl-catechol (hdcat) of gefluoreerde-4-undecylcatechol (fdcat), op het oppervlak van de kristallen19. Deze eenvoudige methode bewijst hoe efficiënt functionele coatings kan worden gesynthetiseerd onder milde omstandigheden ongeacht de functionaliteit van het catechol en zonder het gebruik van bufferoplossingen die de stabiliteit van het kader, als gevolg van de biomimetische in gevaar kunnen brengen katalytische activiteit van het Cu(II)-eenheden. Wij zijn van mening dat deze nieuwe methode kan de vorming van functionele coatings waarmee, naast het beschermen tegen de aantasting van het Hydrolytische, misschien selectieve adsorptie van chirale moleculen of vluchtige organische stoffen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Synthetische Procedure van hdcat@HKUST

Opmerking: Het hele proces moet worden uitgevoerd binnen een handschoen-vak om te voorkomen dat elk contact met de ambient vocht. Dienovereenkomstig, de reagentia en de oplosmiddelen gebruikt moet droog en opgeslagen in het handschoenenkastje.

  1. Een open 4 mL glazen ampul, twee spatels en een micropipet van 1 mL te brengen in het handschoenenkastje.
  2. Breng 50 mg hdcat in de glazen ampul.
    Opmerking: In sommige gevallen, een anti-statische pistool kan noodzakelijk zijn om te voorkomen dat de bijwerkingen van statische elektriciteit.
  3. 1 mL van watervrij chloroform in de glazen ampul met hdcat plaatsen.
    Opmerking: Niet alle hdcat volledig op kamertemperatuur kan worden opgelost, maar het heel snel oplost, wanneer de flacon in de oven in de volgende stappen is geplaatst.
  4. 10 mg HKUST plaats in de chloroformoplossing met hdcat en verzegel de flacon strak.
  5. Neem het flesje uit de handschoen-doos en bewerk ultrasone trillingen ten de opschorting van HKUST en hdcat in chloroform voor een paar seconden om het homogeniseren van de oplossing.
    Opmerking: Niet blootstellen de inhoud van het flesje om de lucht zoals de invoering van O2 in de media reactie de polymerisatie van het catechol-eenheden in de oplossing in plaats van op het oppervlak van de kristallen15 rijden kon.
  6. Plaats de ampul in de oven op 70 ° C's nachts. Ervoor te zorgen dat de flacon is strak verzegeld teneinde de verdamping van de chloroform tijdens de reactie (kookpunt (CHCl3) = 61,2 ° C).
    Opmerking: In sommige gevallen een Teflon-strip rondom de schroefdop nuttig kan zijn. Dit protocol vereist een voorverwarmde oven op 70 ° C. De temperatuur mag niet hoger zijn dan 70 ° C, zoals amorf producten kunnen worden verkregen.

2. Procedure van hdcat@HKUST wassen

  1. Neem het flesje uit de oven na wordt 's nachts bij 70 ° C en het overbrengen naar de handschoen-box samen met een tube van 15 mL centrifuge.
  2. De inhoud van de flacon overbrengen in de centrifugebuis binnen de handschoen-box met verse watervrij chloroform.
  3. De gecoate materiële hdcat@HKUST scheiden door middel van centrifugeren (3354 x g, 1 min). Zorg ervoor dat de centrifugebuis strak wordt afgetopt, zoals het uit de handschoen-doos moet worden genomen om het centrifugeren van het materiaal.
  4. Voeren de centrifugebuis snel in het handschoenenkastje na het centrifugeren.
  5. Pak het supernatant zorgvuldig met behulp van een druppelaar en opslaan in een schone 40 mL glazen ampul.
  6. Het gecoat materiaal in 3 mL watervrij CHCl3 worden onderbroken om te verwijderen mogelijk gepolymeriseerde catechol-eenheden die niet zijn aangesloten op het oppervlak van de kristallen.
  7. Herhaal stap 2.3-2.6 driemaal.
  8. Schorten het gecoat materiaal in 3 mL watervrij methanol.
  9. Herhaal stap 2.3-2.6 driemaal, maar met behulp van watervrij methanol ter opheffing van spoorverontreiniging hdcat moleculen.
    Opmerking: Gooi niet weg de hdcat oplossingen zoals het product hersteld door langzame verdamping van de oplossingen in het handschoenenkastje en opnieuw gebruikt kan worden.
  10. De gewassen hdcat@HKUST overbrengen in een glazen ampul met behulp van watervrij methanol en wacht totdat de gecoate solid vestigt zich aan de onderkant van de flacon.
  11. Neem uit het supernatant en laat het drogen bij kamertemperatuur in het handschoenenkastje poeder.

3. Synthetische Procedure van fdcat@HKUST

Opmerking: Het hele proces moet worden uitgevoerd binnen een handschoen-vak om te voorkomen dat elk contact met de ambient vocht. Dienovereenkomstig, de reagentia en de oplosmiddelen gebruikt moet droog en opgeslagen in het handschoenenkastje.

  1. Een open 4 mL glazen ampul, twee spatels en een micropipet van 1 mL in het handschoenenkastje introduceren.
  2. Plaats 50 mg fdcat binnen de glazen ampul.
    Opmerking: In sommige gevallen, een anti-statische pistool kan noodzakelijk zijn om te voorkomen dat de bijwerkingen van de statische elektriciteit.
  3. 1 mL van watervrij chloroform in de glazen ampul met fdcat plaatsen.
    Opmerking: Niet alle de fdcat volledig op kamertemperatuur kan worden opgelost, maar het heel snel oplost, wanneer de flacon in de oven in de volgende stappen is geplaatst.
  4. 10 mg HKUST plaats in de chloroformoplossing met fdcat en verzegel de flacon strak.
  5. Neem het flesje uit de handschoen-doos en bewerk ultrasone trillingen ten de opschorting van HKUST en fdcat in chloroform voor een paar seconden om het homogeniseren van de oplossing.
    Opmerking: Stel de inhoud van het flesje om de lucht in ieder geval niet bloot, zoals de invoering van O2 in de media reactie de polymerisatie van het catechol-eenheden in de oplossing in plaats van op het oppervlak van de kristallen15 rijden kon.
  6. Plaats de ampul in de oven op 70 ° C's nachts. Ervoor te zorgen dat de flacon is strak verzegeld teneinde de verdamping van chloroform tijdens de reactie (kookpunt (CHCl3) = 61,2 ° C).
    Opmerking: In sommige gevallen een teflon-strip rondom de schroefdop nuttig kan zijn. Dit protocol vereist een voorverwarmde oven op 70 ° C. De temperatuur mag niet hoger zijn dan 70 ° C, zoals amorf producten kunnen worden verkregen.

4. wassen Procedure van fdcat@HKUST

  1. Neem het flesje uit de oven na wordt 's nachts bij 70 ° C en het overbrengen naar de handschoen-box samen met een tube van 15 mL centrifuge.
  2. De inhoud van de flacon overbrengen in de centrifugebuis binnen de handschoen-box met verse watervrij chloroform.
  3. De gecoate materiële fdcat@HKUST scheiden door middel van centrifugeren (3354 x g, 1 min). Zorg ervoor dat de centrifugebuis strak wordt afgetopt, zoals het uit de handschoen-doos moet worden genomen om het centrifugeren van het materiaal.
  4. Integreren in de centrifugebuis snel het handschoenenkastje na het centrifugeren.
  5. Pak het supernatant zorgvuldig met behulp van een druppelaar en opslaan in een schone 40 mL glazen ampul.
  6. Het gecoat materiaal in 3 mL watervrij CHCl3 worden onderbroken om te verwijderen mogelijk gepolymeriseerde catechol-eenheden die niet zijn aangesloten op het oppervlak van de kristallen.
  7. Herhaal stap 4.3-4.6 driemaal.
  8. Schorten het gecoat materiaal in 3 mL watervrij methanol.
  9. Herhaal stap 4.3-4.6 driemaal, maar met behulp van watervrij methanol ter opheffing van spoorverontreiniging fdcat moleculen.
    Opmerking: Gooi niet weg de fdcat oplossingen zoals het product hersteld door langzame verdamping van de oplossingen in het handschoenenkastje en opnieuw gebruikt kan worden.
  10. De gewassen fdcat@HKUST overbrengen in een glazen ampul met behulp van watervrij methanol en wacht totdat de gecoate solid vestigt zich aan de onderkant van de flacon.
  11. Neem uit het supernatant en laat het drogen bij kamertemperatuur in het handschoenenkastje poeder.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Alle reagentia en materialen werden opgeslagen in de handschoen-box en gebruikt als ontvangen zonder enige verdere zuivering, tenzij anders vermeld. Het hele proces wordt uitgevoerd in een handschoen-vak om te voorkomen dat contact met vochtigheid die het ongecoat materiaal kon degraderen.

Om ervoor te zorgen de reproduceerbaarheid tijdens de experimenten, werd commercieel verkrijgbare HKUST met een gemiddelde deeltjesgrootte dicht bij 40-50 µm (Figuur 1), gebruikt als eerdere studies voorgesteld dat het deeltje is belangrijk voor reproduceerbare oppervlak dichtheid functionalization20.

De kristallen van HKUST zijn opgehangen in watervrij chloroform oplossingen van hdcat of fdcat (Figuur 1c) in het handschoenenkastje. De glazen flesjes waren strak afgetopte genomen uit de handschoen-doos en sonicated voor een paar seconden om het homogeniseren van de schorsing. Vervolgens waren de mengsels verhit tot 70 ° C's nachts in een voorverwarmde oven onder statische omstandigheden. De lichamen werden gescheiden door centrifugeren en gespoeld met chloroform (x 3) en methanol (x3) om te verwijderen niet-vastgemaakte polymeervorm eenheden en spoorverontreiniging catechol moleculen, respectievelijk15.

De eerste demonstratie van de oppervlakte modificatie van de kristallen is hun hogere hydrophobicity wanneer ze worden geweekt in water (Figuur 2). In vergelijking met de blote HKUST, die onmiddellijk naar de bodem van de flacon zinkt, kunnen hdcat@HKUST en fdcat@HKUST staan op water gedurende een aantal dagen zonder tot zinken brengen. Metingen van de contacthoek (CA) inderdaad bevestigen de superieure hydrophobicity van hdcat@HKUST en fdcat@HKUST met CA waarden van 107 ± 1° en 124 ± 1°, respectievelijk, in vergelijking met HKUST die zeer hydrofiele (Figuur 2 was).

Vergelijking van de FT-IR spectra van HKUST vóór en na het coatingproces aan die van hdcat en fdcat stelde de juiste inlijving van de moleculen van de catecholate op het kristal. In het geval van hdcat@HKUST (Figuur 3een), kunnen de bands overeenkomt met alkane C-H uitrekkende trillingen (3000-2800 cm-1) van de alkylic keten van hdcat worden waargenomen, die zijn niet aanwezig in de kale HKUST. Voor fdcat@HKUST (Figuur 3,b) zijn de nieuwe bands verschijnen die van de alkane C-F uitrekkende trillingen (1250-1100 cm-1) die niet in HKUST worden waargenomen. Zoals geraamd van Thermogravimetrische analyse in onze eerdere werk19vertegenwoordigd de catecholate enten een 3,1% en 2,6% voor hdcat@HKUST en fdcat@HKUST, respectievelijk.

Scannen-elektronenmicroscopie (SEM) beelden van hdcat@HKUST en fdcat@HKUST toont een externe gegolfde laag van ca. 600 nm rondom de kristallen. Deze resultaten voorgesteld een effectieve polymerisatie van de moleculen van het hdcat en fdcat op het oppervlak van de kristallen met inachtneming van hun morfologie (Figuur 4een). Dit wordt verder bevestigd door X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) metingen die toonde de aanwezigheid van Cu(I) en Cu(II) op 933 en 935 eV, respectievelijk, in hdcat@HKUST en fdcat@HKUST, die we aan de reactie van het catechol wordt door Cueenheden op het oppervlak en de daaropvolgende polymerisatie (Figuur 4b). Zoals beschreven in onze eerdere studie, NMR spectra van de verteerd hdcat@HKUST en fdcat@HKUST ook bevestigd dat het materiaal rond de kristallen zijn inderdaad de gepolymeriseerde catechol moleculen15,19.

De vorming van catecholate coatings op HKUST werd gevonden om door te gaan met geen invloed over de kristallijne structuur van HKUST zoals bevestigd door poeder röntgendiffractie metingen (PXRD, Figuur 4c). Dit werd ook bevestigd door porositeit metingen op 77 K met behulp van N2 als absorberend (Figuur 4d), waaruit bleek dat hdcat@HKUST en fdcat@HKUST hun oppervlakte met kleine variaties na het coatingproces behouden. Dit resultaat stelt ook voor dat de reactie van de polymerisatie alleen op het oppervlak van de kristallen in plaats van in de poriën van het materiaal gebeurt.

Figure 1
Figuur 1 : Schematische weergave van de materialen. (een) kristallijne structuur van HKUST, (b) SEM-opname van een HKUST crystal en (c) chemische structuur van de functionalized catechols. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2 : Hydrophobicity van de gecoate materialen. Neem contact op met hoek waarden van de kale HKUST, hdcat@HKUST, fdcat@HKUST en beeld toont het verschil in hydrophobicity van de gemodificeerde lichamen in vergelijking met HKUST. Dit cijfer is aangepast met toestemming van ref. 19 zijn. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3 : Chemische karakterisering van hdcat@HKUST en fdcat@HKUST. Fourier-getransformeerd infrarood (FT-IR) spectra van hdcat@HKUST met HKUST en hdcat (een), en fdcat@HKUST met HKUST en fdcat (b). Dit cijfer is aangepast met toestemming van ref. 19 zijn. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4 : Effect van de catecholate-coating op de eigenschappen van HKUST. (een) SEM beelden van HKUST, hdcat@HKUST en fdcat@HKUST kristallen. (b) Cu 2 p high-resolution XPS spectra, (c) PXRD patronen in vergelijking met de gesimuleerde PXRD van HKUST en (d) N2isothermen bij 77 K van de lichamen vóór en na het coatingproces. Dit cijfer is aangepast met toestemming van ref. 19 zijn. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De methode gerapporteerd in dit werk biedt een eenvoudige en effectieve aanpak voor de oppervlakte modificatie van MOF kristallen door directe reactie met synthetische catechols milde omstandigheden ongeacht de functionaliteit van de keten. In tegenstelling tot de conventionele benadering van het produceren van polydopamine-achtige coatings, kan deze route worden uitgevoerd onder watervrij en anaërobe omstandigheden en zonder enige basis toevoeging dat de stabiliteit van de MOF in gevaar kan brengen. Methanol en chloroform werden eerst gekozen gebaseerd op eerdere werken14,20, en als gevolg van de hoge oplosbaarheid van het catechol-moleculen in deze oplosmiddelen. Echter, methanol werd snel verworpen vanwege de lage catechol belastingen verkregen in HKUST (ca 1.2 wt % voor hdcat), in vergelijking met degenen die zijn verkregen met chloroform (ca. 3,6% voor hdcat), op basis van eerdere Thermogravimetrische analyse19. Dus, het oplosmiddel niet afgespeeld een onschuldige rol als verschillende oplosmiddelen verschillende catechol belastingen kunnen opleveren. Het is belangrijk om te benadrukken dat het proces moet worden uitgevoerd in een zuurstofvrij atmosfeer zoals zuurstof de oxidatieve polymerisatie van het catechol-moleculen in de oplossing en niet op het oppervlak van het materiaal bevorderen kan. De oppervlakte wijziging van HKUST met hdcat of fdcat kan direct worden waargenomen door contacthoek metingen (figuur 2), die de verandering van hydrofiel aan zeer hydrofobe in zowel hdcat@HKUST als fdcat@HKUST, en infrarood toonde spectroscopie (figuur 3) waaruit bleek de karakteristieke vibrationele bands van het catechol-wordt in de gewijzigde lichamen.

De functionalization van het kader treedt op zonder enig merkbaar verlies van kristalliniteit noch sorptie-eigenschappen van het materiaal (figuren 4c-d). Nadere inspectie van hdcat@HKUST en fdcat@HKUST kristallen door scannen-elektronenmicroscopie onthult een ruwer oppervlak ten opzichte van kale HKUST. Een behandeling van de gewijzigde kristallen in chloroform onder grondige ultrasoonapparaat toegestaan deel van de polycatecholate coating worden gepeld uit (figuur 4een) onthullende deel van de oorspronkelijke kristal, dat ook diende om een geschatte dikte van de coating laag (ca. 600 nm)19. De vorming van deze polycatechol coatings wordt toegeschreven aan de biomimetische katalytische activiteit van het Cu(II) soorten waarvan de aanwezigheid op het oppervlak van de HKUST-kristallen op de oxidatie van catechol moleculen, vergelijkbaar met de enzymatische activiteit van catechol oxidase17 , zoals het ook bevestigd door de XPS-metingen waaruit de aanwezigheid van Cu(I) op het oppervlak van de kristallen als gevolg van de oxidatieve polymerisatie-proces. In tegenstelling tot andere werken met een beschrijving van de oppervlakte functionalization van MOFs kristallen met polymere matrices12, die maken gebruik van geavanceerde instrumentatie, maakt deze methode gebruik van de MOF-functies, zoals de open metalen plaatsen huidig in HKUST, om te starten de polymerisatie van het catechol-moleculen onder milde omstandigheden.

Deze aanpak niet alleen helpt bij het verbeteren van de vocht-tolerantie van de materiële19, maar ook biedt controle over de functionaliteit van de enten rond de kristallen, als het kan worden gemanipuleerd door handige keuze van de functionalized catechol. Wij zijn van mening dat deze methode voor een interessante benadering zorgt niet alleen voor de bekende Cu-MOF materialen, maar ook voor andere MOFs met open metalen sites, die zou kunnen nemen van nieuwe functionaliteiten die niet aanwezig in de non-matiemaatschappij solid waren, zoals de adsorptie van chirale moleculen of vluchtige organische stoffen. Dit kan worden bereikt door de juiste keuze van de functionaliteit in het catechol-molecuul aanwezig.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

Dit werk werd gesteund door de EU (ERC Stg Chem-fs-MOF 445 714122), Spaanse MINECO (eenheid van Excellence MDM-2015-0538), en de Generalitat Valenciana 447 (Grant GV/2016/137). C.M.-G. en J.C.-G. dank het Spaans 448 MINECO voor een Ramón y Cajal Fellowship en FPI beurs 449 (CTQ2014-59209-P), respectievelijk. N.M.P. bedankt de Junta de 450 Andalucía voor een postdoctorale fellowship P10-FQM-6050. F.N. en 451 D.R.M. zijn ook de financiële steun aangeboden door 452 dankbaar Project MAT2015-70615-R van de Spaanse regering en 453 met EFRO-middelen. De ICN2 wordt gefinancierd door de CERCA programma/Generalitat de Catalunya en ondersteund door de Severo Ochoa-programma van het Spaanse ministerie van economische zaken, industrie en concurrentievermogen (MINECO, neen verlenen. 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

Chemie kwestie 139 metaal-organische kaders oppervlakte functionalization water stabiliteit catecholase biomimetics hydrofobe coating matiemaatschappij catechols
Oppervlakte Functionalization van metaal-organische kaders voor verbeterde vochtbestendigheid
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