धातु की सतह Functionalization-कार्बनिक चौखटे में सुधार नमी प्रतिरोध के लिए
Summary
मजबूत कार्यात्मक catechol कोटिंग्स एक कदम में anaerobic शर्तों के तहत सिंथेटिक catechols के साथ HKUST के रूप में जाना जाता सामग्री की प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया द्वारा उत्पादित किया गया । पूरे क्रिस्टल आसपास सजातीय कोटिंग्स के गठन घन के biomimetic उत्प्रेरक गतिविधि (द्वितीय) dimers क्रिस्टल की बाहरी सतह पर जिंमेदार माना है ।
Abstract
धातु कार्बनिक चौखटे (MOFs) गैस भंडारण और जुदाई, catalysis और संवेदन में होनहार गुणों के साथ असुरक्षित अकार्बनिक पदार्थों के एक वर्ग हैं । हालांकि, मुख्य उनके प्रयोज्यता सीमित मुद्दा आर्द्र परिस्थितियों में उनके गरीब स्थिरता है । इस समस्या को दूर करने के लिए आम तरीकों अत्यधिक आरोप लगाया धातुओं, जो संरचनाओं के एक नंबर के लिए सीमित है का उपयोग करके मजबूत धातु-linker बांड के गठन शामिल है, alkylic समूहों की शुरूआत के बाद से ढांचे को सिंथेटिक संशोधन (PSM) या रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) ढांचे के समग्र hydrophobicity को बढ़ाने के लिए । इन पिछले दो आम तौर पर सामग्री के porosity की एक भारी कमी भड़काने । ये रणनीतियाँ पहले से उपलब्ध MOF के गुणों का दोहन करने की अनुमति नहीं देती हैं और उनके गुणों को अक्षुण्ण रखते हुए पानी में MOFs की स्थिरता को बढ़ाने के लिए नए तरीके खोजना अनिवार्य है. इस के साथ साथ, हम एक उपंयास विधि की रिपोर्ट MOF क्रिस्टल के पानी की स्थिरता को बढ़ाने के लिए घन2की विशेषता (ओ2सी)4 चप्पू पहिया इकाइयों, जैसे HKUST (जहां HKUST हांगकांग विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के लिए खड़ा है), catechols के साथ alkyl और fluoro-alkyl जंजीरों के साथ कार्यात्मक । से संतृप्त धातु साइटों और घनद्वितीय आयनों की गतिविधि की तरह उत्प्रेरक catecholase का लाभ लेने के द्वारा, हम की सतह पर ऑक्सीकरण और बाद में catechol इकाइयों के बहुलकीकरण के माध्यम से मजबूत hydrophobic कोटिंग्स बनाने में सक्षम हैं anaerobic और पानी से मुक्त शर्तों के तहत क्रिस्टल ढांचे की अंतर्निहित संरचना को बाधित किए बिना । इस दृष्टिकोण न केवल सुधार पानी स्थिरता के साथ सामग्री affords लेकिन यह भी सुरक्षात्मक कोटिंग के समारोह पर नियंत्रण प्रदान करता है, जो सोखना और अस्थिर कार्बनिक यौगिकों के विभाजन के लिए कार्यात्मक कोटिंग्स के विकास में सक्षम बनाता है . हमें विश्वास है कि इस दृष्टिकोण भी अंय अस्थिर खुले धातु साइटों की विशेषता MOFs को बढ़ाया जा सकता है ।
Introduction
धातु कार्बनिक चौखटे क्रिस्टलीय छिद्र अकार्बनिक धातु घटकों से निर्मित सामग्री का एक वर्ग है, आमतौर पर माध्यमिक निर्माण इकाइयों (SBUs), समंवय बांड के माध्यम से polytopic कार्बनिक लाइगैंडों द्वारा एक साथ आयोजित नाम । स्व-कार्बनिक लिंकर्स के साथ इन SBUs की सभा बहुत उच्च सतह क्षेत्रों और गैस भंडारण और जुदाई के क्षेत्रों में होनहार अनुप्रयोगों के साथ विस्तारित 3 डी असुरक्षित संरचनाओं के गठन में सक्षम बनाता है1,2, catalysis और संवेदन3. हालांकि, उनके प्रयोज्यता के लिए मुख्य सीमा पानी में उनके गरीब स्थिरता है4,5उनमें से ज्यादातर के रूप में उनकी संरचना में divalent धातुओं कि labile समंवय बांड में परिणाम, शास्त्रीय में सामना करना पड़ा उन के रूप में शामिल MOF-56या HKUST7जैसी सामग्रियां ।
आम दृष्टिकोण इस समस्या को हल करने के लिए एक हाथ पर शामिल, उच्च चार्ज धातुओं के उपयोग के द्वारा मजबूत समंवय बांड के निर्माण, जैसे Zr या तिवारी (IV), बुनियादी N-दाता लाइगैंडों7,8 या लाइगैंडों शामिल एसिड और basic sites9. हालांकि, इस विधि नई सामग्री के लिए सीमित है और MOFs की स्थिरता पहले से ही उपलब्ध बढ़ाने के लिए अनुमति नहीं है । दूसरी ओर, पहले से ही ज्ञात सामग्री की स्थिरता में सुधार करने के लिए दृष्टिकोण के बाद सिंथेटिक संशोधन तरीकों का उपयोग करने के बाद से खाली जगह में hydrophobic moieties परिचय के लिए लिंकर10,11 के सिंथेटिक संशोधन या रासायनिक वाष्प जमाव (सीवीडी) द्वारा12। दुर्भाग्य से, इन तरीकों की स्थिरता सामग्री के porosity और परिष्कृत उपकरण के उपयोग में एक भारी कमी के खर्च पर आता है । संशोधित phosphonic एसिड का हाल ही में उपयोग, जैसे 1, 2-dioleoyl-sn-glycero-3-फॉस्फेट (डोपा)13 या n-octadecylphosphonic एसिड (OPA)14, hydrophobicity Zr (IV) MOFs में प्रदान करने के लिए भी प्रकाश डाला जाना चाहिए ।
Catechol यौगिकों, जैसे डोपामाइन, बड़े पैमाने पर किया गया है polydopamine15के गठन के माध्यम से सामग्री की एक व्यापक रेंज functionalize करने के लिए । हालांकि, इन कोटिंग्स के गठन थोड़ा बुनियादी समाधान जो labile बांड के साथ MOFs के लिए उपयुक्त नहीं है के लिए जलीय buffered समाधान के उपयोग तक ही सीमित है । Bortoluzzi एट अल. हाल ही में बताया कि polydopamine समाधान में एक binuclear घन (द्वितीय) एक उत्प्रेरक16 केंद्र जो प्रदर्शित करता है catecholase के रूप में घन2(µ-O) की विशेषता जटिल द्वारा उत्पादित किया जा सकता है प्राकृतिक की तरह उत्प्रेरक गतिविधि याद ताजा एंजाइमों जैसे catechol oxidase17 और टायरोसिनेस18। हाल ही में, हम दिखाया है कि कैसे एक घन (द्वितीय) चप्पू पहिया SBUs trimesate लिंकर्स, HKUST के रूप में जाना जाता है, के माध्यम से जुड़ा के आधार पर MOF कार्यात्मक hydrolytic के बहुलकीकरण द्वारा catechols क्षरण से संरक्षित किया जा सकता है, जैसे 4-hepatdecyl-catechol (hdcat) या fluorinated-4-undecylcatechol (fdcat), क्रिस्टल की सतह पर19. यह आसान तरीका साबित करता है कि कैसे कुशल कार्यात्मक कोटिंग्स catechol की कार्यक्षमता की परवाह किए बिना और बफर समाधान है कि ढांचे की स्थिरता समझौता सकता है, biomimetic की वजह से, के उपयोग के बगैर हल्के शर्तों के तहत संश्लेषित किया जा सकता घन (द्वितीय) इकाइयों की उत्प्रेरक गतिविधि । हमें विश्वास है कि इस नई विधि कार्यात्मक कोटिंग्स के गठन कि, hydrolytic क्षरण से बचाने के अलावा सक्षम हो सकता है, चिराल अणुओं या अस्थिर कार्बनिक यौगिकों के चयनात्मक सोखना सक्षम हो सकता है ।
Protocol
Representative Results
Discussion
विधि इस काम में रिपोर्ट हल्के शर्तों के तहत सिंथेटिक catechols के साथ प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया द्वारा MOF क्रिस्टल की सतह संशोधन के लिए एक सरल और प्रभावी दृष्टिकोण प्रदान करता है चाहे श्रृंखला की कार्यक्षमता । p…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम यूरोपीय संघ (ईआरसी Stg रसायन-एफएस-MOF ४४५ ७१४१२२), स्पेनिश MINECO (एक्सीलेंस एमडीएम की इकाई-2015-0538), और Generalitat Valenciana ४४७ (अनुदान जीवी/2016/137) द्वारा समर्थित किया गया था । C.M.-जी. और J.C.-जी. एक रामोन y Cajal फैलोशिप और एफपीआई छात्रवृत्ति ४४९ (CTQ2014-59209-P) के लिए स्पेनिश ४४८ MINECO का शुक्र है, क्रमशः । N.M.P. धंयवाद जंटा de ४५० Andalucía एक postdoctoral फैलोशिप P10-FQM-६०५० के लिए । F.N. और ४५१ D.R.M. भी स्पेनी सरकार और ४५३ द्वारा 70615 कोष से ४५२ परियोजना MAT2015-FEDER-R द्वारा की पेशकश की financial समर्थन के लिए आभारी हैं । ICN2 CERCA कार्यक्रम/Generalitat de Catalunya द्वारा वित्त पोषित है और स्पेनी अर्थव्यवस्था, उद्योग और प्रतिस्पर्धात्मकता मंत्रालय के Severo Ochoa कार्यक्रम द्वारा समर्थित (MINECO, अनुदान सं । SEV-2013-0295) ।
Materials
| 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 |
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