Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Elektroforetisk krystallisering af ultratynde højtydende Metal-økologiske rammer membraner

Published: August 16, 2018 doi: 10.3791/58301
Automatic Translation
1, 1, 1
1Laboratory of Advanced Separations (LAS), École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)

Summary

En simpel, reproducerbare og alsidig tilgang til syntese af intergrown, polykrystallinske metal-økologiske rammer membraner på en bred vifte af umodificerede porøse og ikke-porøse understøtter præsenteres.

Abstract

Vi rapporterer syntesen af tynd, stærkt intergrown, polykrystallinske metal-økologisk framework (MOF) membraner på en bred vifte af umodificerede porøse og ikke-porøse understøtter (polymer, keramik, metal, kulstof og graphene). Vi udviklede en roman krystallisering teknik, som kaldes ENACT tilgangen: elektroforese kerner forsamling for krystalliseringen af stærkt intergrown tynde film (ENACT). Denne tilgang giver mulighed for en høj tæthed af heterogene Nukleering af MOF'erne på en valgte substrat via elektroforese deposition (EPD) direkte fra forløber sol. Væksten i godt pakket MOF kerner fører til en meget intergrown polykrystallinske MOF film. Vi viser, at denne enkle metode kan bruges til syntese af tynde, intergrown zeolit imidazol ramme (ZIF) -7 og ZIF-8 film. De resulterende 500 nm tykke ZIF-8 membraner viser en betydelig høj Hansen2 permeance (8.3 x 10-6 mol m-2 s-1 Pa-1) og ideal gas selectivities (7.3 for H2/CO2, 15,5 for H2/n2, 16.2 for H2/CH4og 2655 for H2c3H8). En attraktiv ydeevne for C3H6c3H8 adskillelse er også opnåede (en C3H6 permeance af 9,9 x 10-8 mol m-2 s-1 Pa-1 og en C3H 6c3H8 ideelle selektivitet 31,6 ved 25 ° C). Samlet set kan ENACT-processen på grund af sin enkelhed, udvides til at syntetisere intergrown tynde film af en bred vifte af nanoporous krystallinske materialer.

Introduction

Tynde molekylære sieving membraner tilbyder en højenergi effektivitet i adskillelsen af molekyler og kan reducere de samlede omkostninger af brændstoffer, CO2 -opsamling, rensning af vand, opløsningsmidler opsving, etc.1,2. MOF'erne er en lovende klasse af materiale til syntese af molekylære sieving membraner på grund af de involverede isoreticular syntetisk kemi og relativt ligetil krystallisering3. Til dato, MOF membraner bestående af forskellige krystallinske strukturer, herunder at ZIF-4, -7, -, 8 -9 -11,-67, -90, og-93, og UiO-66, HKUST-1 og MIL-53 har været rapporteret4,5. Disse membraner er syntetiseret af crystallizing høj kvalitet polykrystallinske MOF film på et porøst bærestof. Generelt, for at opnå en høj adskillelse selektivitet, er det nødvendigt at reducere fejl i filmens polykrystallinske MOF (såsom porer og korn-grænse defekter). En praktisk tilgang til at reducere manglerne er at krystallisere en tyk film. Ikke overraskende har flere af de tidligere rapporterede på MOF membraner er ekstremt tykke (over 5 µm). Desværre, tyk film føre til en lang diffusion sti, som begrænser membran permeance. Derfor, mens selektivitet er forbedret, permeance er ofret. For at omgå denne afvejning, er det nødvendigt at udvikle metoder til at krystallisere ultratynde (< 0,5 µm tykt) fejlfri MOF film.

ZIF-8 er mest intensivt undersøgt MOF for membran syntese, på grund af sin ekstraordinære kemisk og termisk stabilitet og en simpel krystallisering kemi6,7. Hidtil har har rapporteret ultratynde ZIF-8 membraner realiseret ved at ændre overfladekemi eller topologien for den underliggende porøse substrat, favorisere den heterogene Nukleering ZIF-8, der er afgørende for en intergrown polykrystallinske film. For eksempel, Chen mfl. rapporteret syntesen af 1 µm-tykke ZIF-8 film på (3-aminopropyl) triethoxysilane-ændret TiO2-coated poly(vinylidene fluoride) (PVDF) hule fibre8. De observerede en høj heterogene Nukleering tæthed og tilskrives det samtidige ændring af overfladen kemi og nanostrukturer. Gruppen Peinemann rapporterede en ultratynde ZIF-8 membran på en metal-chelaterende, polythiosemicarbazide (PTSC) support9. Denne unikke metal-chelaterende kapacitet af PTSC førte til binding af zink-ioner, fremme den heterogene Nukleering ZIF-8, som efterfølgende førte til højtydende ZIF-8 membraner. I almindelighed, letter tuning substrat kemi og nanostrukturer syntesen af højtydende MOF membraner; men disse metoder er ganske komplicerede, og normalt ikke kan genanvendes til at syntetisere MOF membraner fra andre attraktive MOF strukturer.

Heri, rapporterer vi syntesen af ultratynde, stærkt intergrown ZIF-8 film ved hjælp af en simpel og alsidig krystallisering tilgang, der kan genanvendes til at danne en tynd intergrown film af flere krystallinske materialer10. Vi viser eksempler på ZIF-8 og ZIF-7 film tilberedt uden nogen substrat forbehandling, som forenkler forberedelsesprocessen. ZIF-8 film er forberedt på en bred vifte af substrater (keramik, polymer, metal, kulstof og graphene). 500 nm tykke ZIF-8 filmen på en anodisk aluminiumoxid (AAO) støtte viser en attraktiv adskillelse ydeevne. En høj Hansen2 permeance af 8.3 x 10-6 mol m-2 s-1 Pa-1 og attraktive ideelle selectivities 7.3 (H2/CO2), 15,5 (H2/n2), 16.2 (H2/CH4) og 2655 (H 2c3H8) er opnået.

Den krystallisering tilgang, der muliggør ovennævnte kunststykket er ENACT. ENACT indskud ZIF-8 kerner på et substrat direkte fra de krystal forløber sol. Metoden udnytter EPD for en meget kort periode (1-4 min) lige efter induktion tid (tiden når atomkerner vises i forløber sol). Anvendelsen af et elektrisk felt til de ladede MOF kerner drev dem mod en elektrode med en flux, der er proportional med styrken af det anvendte elektriske felt (E), elektroforese mobilitet af kolloid (μ), og koncentrationen af kerner (Cn) som vist i ligninger 1 og 2.

Equation 1
(Ligning 1)

Equation 2
(Ligning 2)

Her
v = hastighed drift
Ζ = zeta potentiale af kerner,
Εo = Permittivitet vakuum,
Εr = dielektricitetskonstant, og
Η = viskositet af forløber sol.

Derfor, ved at kontrollere E og løsning-pH (som bestemmer ζ), pakning tætheden af kerner kan kontrolleres. Den efterfølgende vækst af de tæt pakket kerner i forløber sol giver forskere til at opnå et højt intergrown polykrystallinske film.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Forsigtig: Læs omhyggeligt de materielle sikkerhedsdatablade (MSDS) af de kemikalier, der er involveret. Nogle af de kemikalier, der anvendes i forsøget er giftige. Den nuværende metode indebærer syntesen af nanopartikler. Derfor tage passende forholdsregler. Hele syntese procedure skal udføres i et velventileret stinkskab.

Bemærk: Oplysninger om instrumenterne, kemikalier og materialer involveret i syntesen af MOF film er angivet i tabel 1.

1. forberedelse af en Metal saltopløsning og Linker løsning for forløber Sol

Bemærk: For syntese af ZIF-8 film, zink nitrat hexahydrat [Zn (3)2.6H2O] er brugt som metal salt og 2-methylimidazole (HmIm) bruges som linker.

  1. For de metal saltopløsning, 2,75 g Zn (3)2.6H2O i 500 mL vand opløses.
  2. Den linker løsning, opløses 56.75 g HmIm i 500 mL vand og rør det kontinuerligt indtil en klar løsning opnås.

2. forberedelse af Cu elektroder

  1. Skåret en høj renhed Kobber folie (med 99,9% renhed, 127 µm tykt) i 4 x 4 cm stykker.
  2. For at lette opspænding skære folien til et sæt af Cu crocodile udklip, skal du trække en linje i en afstand af 0,5 cm fra en af kanterne af den firkantede folie.
  3. Flade folien ved hjælp af en cylindrisk valse på en ren overflade.
  4. Ren de kobber folier grundigt af Bad sonikering i acetone i 15 min, efterfulgt af Bad sonikering i isopropanol i 15 min.
  5. Tør de kobber folier i en ren atmosfære.

3. fastgørelse af substrater elektrode (katoden)

Bemærk: Vælger et passende substrat til at deponere MOF filmen. Metoden kan anvendes til AAO (Anodisc, 13 mm-diameter hosting porer med porestørrelse på 0,1 µm), polyacrylonitril (PAN, molekylvægt cut-off: 100 kDa), Cu folie (99,9% renhed, 25 µm-tyk), en kemisk-damp-deposition-baseret graphene film hviler på en Cu folie11, og en hjemmelavet nanoporous carbon film hvilende på Cu folie12,13,14.

  1. Placer den ønskede substrat på midten af Cu elektrode ved hjælp af et bånd.
  2. Skyl substrat/elektrode samling med vand, efterfulgt af isopropanol, og igen med vand til ca 1 min.
  3. Vedhæfte en nøgne Cu elektrode (4 x 4 cm) til anoden. Derefter vedhæfte substrat/elektrode samling til katoden.
  4. Justere afstanden mellem de to elektroder til 1 cm inde i en 100 mL glas bægerglas.

4. de vedtage proceduren for filmens ZIF-8

  1. Bland 31.6 g metal forløber løsning og 35 g af ligand løsning i et 100 mL baegerglas og rør det til 30 s ved stuetemperatur til at danne forløber sol.
    Bemærk: Induktion tidspunktet for ZIF-8 i disse vilkår er mindre end 60 s, og derfor EPD har skal udføres uden forsinkelse.
  2. Overføre forløber sol til fartøjet hosting elektroderne.
  3. Fordyb begge elektroderne op til 3,5 cm mærket på elektroderne.
    Bemærk: Fra vores eksperimenter, vi har observeret at anvende det elektriske felt før 3 min af sol aldring fører til penetration af de mindre ZIF-8 kerner til porer porøse underlag (AAO i dette særlige tilfælde), der skal undgås. Derfor, det elektriske felt tændes kun efter 3 min, når atomkerner vokse noget større.
  4. Udføre EPD med en aflejring spænding på 1 V i 4 min. Nuværende bør være i størrelsesordenen 2,5-3,5 mA.
  5. I slutningen af EPD, lavere bægerglasset langsomt. Som vedhæftning mellem de frisk deponerede kerner og substrat er svag, skal omhu tages mens håndtering af underlaget.
  6. Overføre de tørrede substrat til et mikroskopisk glas dias. Brug tape til at holde underlaget på plads.
  7. Krystal vækst, bland 31.6 g af den metal saltopløsning og 35 g linker løsning i et 100 mL bægerglas.
  8. Placere den mikroskopiske glas dias sammen med substratet lodret i opløsningen forløber og forlade det uforstyrret i 10 timer ved 30 ° C.
  9. Efter op til 10 h crystal vækst, skyl substrat med vand i 30 min og tør det i en ren atmosfære.

5. de vedtage proceduren for filmens ZIF-7

  1. Syntetisere ZIF-7 film på en AAO understøttelse af en metode svarende til den, der bruges til filmens ZIF-8 men med følgende forskelle.
  2. Efter blanding 0,82 g Zn (3) udføre2·6H2O i 30 mL dimethylformamid (DMF) og 0,72 g benzimidazol i 30 mL methanol i 3 min, EPD for 1 min.
  3. Syntetisere en intergrown ZIF-7 film ved at nedsænke ZIF-7 kerner film i en forløber sol indeholdende 0.58 g Zn (3)2·6H2O, 0,3 g af benzimidazol og 30 mL DMF på 110 ° C i 4 timer.
  4. Efter afkøling ned løsningen, skal du vaske ZIF-7/AAO membran af gennemvædning det i DMF, efterfulgt af tørring på 60 ° C i 12 timer.

6. membran forberedelse og karakterisering

  1. Forberedelse af membranen
    1. Til forberedelse af en fugemasse, blandes grundigt en lige andel af resin og en hærder og lad blandingen i 1 time.
    2. Placer ZIF-8/support membraner på en 24 mm bred stål disk med en 5 mm-diameter hul i midten.
    3. Anvende epoxy langs kanten af underlaget i første omgang, og senere, dække substrat undtagen 5 mm-diameter hul i midten.
    4. Lad epoxyen tørre natten over.
    5. Bruge et stereo mikroskop til at scanne membran sammen med en kendt reference skala.
    6. Brug grafiske software til at beregne den belyste flade af membran fra det scannede billede.
  2. Gas gennemtrængning test
    Bemærk: I vores eksperimenter, single-komponent gas gennemtrængning tests blev udført af Wicke-Kallenbach teknik i en hjemmelavet gennemtrængning celle. Massestrøm controllere (MKS) og massespektrometer bruges i gennemtrængning set-up var kalibreret inden for en række fejl på 5%. Massestrøm controllere (MFC) reguleret foderet og feje af gasstrømmen. Ar bruges som feje gas, der har foretaget Permeatet gas til en kalibreret mass spectrometer (MS) for en real-time analyse af Permeatet koncentration.
    1. Placer stål disken med membranen i cellen rustfrit stål gennemtrængning.
    2. Sikre en tætte pasform ved at placere Viton O-ringe ovenfor og nedenfor stål disken og fastgør skruerne. At fjerne den adsorberede vand under syntesen, tør membraner ved 130 ° C under en H2/Ar atmosfære indtil en stabil H2 permeance er nået.
    3. Placer set-up inde i ovnen og Indstil temperaturen på 130 ° C.
    4. Sikre foderet og skorstensfejeren linjer er forvarmes.
    5. Gas flow tariffastsættelse på foderet og feje sider til 30 mL/min.
    6. Opretholde et tryk på 0,1 MPa på foderet og feje side ved at justere nålen ventiler på retentatet og Permeatet side, henholdsvis.
    7. Beregne permeance, når et steady state er etableret.
    8. Langsomt køle af i ovnen (i ca 2 h) til 30 ° C og optage værdierne igen når et steady state er etableret.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

En hjemmelavet EPD set-up blev brugt til at syntetisere MOF film (figur 1). Scanning elektronmikroskopi (SEM) billeder og røntgen diffraktion (XRD) blev mønstre indsamlet til filmens ZIF-8 kerner (figur 2). SEM blev brugt til at afbilde de overflade og tværsnits morfologier AAO støtte, ZIF-8/AAO membran, PAN støtte, ZIF-8/PAN membran, ZIF-8/graphene film og ZIF-7/AAO membran (figur 3). Gas permeance af ZIF-8 membraner blev målt i en temperatur-kontrolleret membran modul (figur 4). Opnået gas separation ydeevne ZIF-8/AAO og ZIF-8/PAN membraner er vist i figur 5. SEM billeder blev brugt til at forstå morfologier kerner film eller MOF film. XRD mønstre blev brugt til at bestemme crystallinity af filmens kerner. Gas permeance data blev brugt til at analysere transport egenskaberne af MOF membraner. Kompakt kerner filmen viser, at ENACT-metoden er ganske effektiv i at kontrollere heterogene Nukleering tæthed over et substrat. Efter vækst, film morfologi observeret af SEM er kompakt og pinhole-fri og synes at være meget intergrown. Gas permeance data viser, at Hansen2c3H8 selektivitet er højere end 1,000, beviser, at MOF filmen er næsten fejlfri.

Figure 1
Figur 1: The EPD set-up. (en) et AAO substrat er knyttet til en Cu elektrode af to strimler af tape. (b) en parallel samling af katoden og anoden er tilsluttet en strømkilde. (c) parallellen elektroder er nedsænket i en forløber sol. venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: SEM billeder og XRD mønstre af ZIF-8 kerner film. De første to paneler viser (en) et SEM top-se billede af filmens ZIF-8 kerner på AAO støtte og (b) den tilsvarende tværsnits morfologi. (c) dette panel viser XRD mønstre af filmens kerner (rød) og de simulerede krystaller (sort). Disse beskrivelser vise, at filmens ZIF-8 kerner er kompakt, ultratynde og krystallinsk. Denne figur er gengivet fra han et al. 10 med tilladelse. Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: overfladen/Cross-Country-sectional morfologier. Disse paneler vise overflade billeder og tværsnits morfologier af (en) AAO støtte, (b og c) ZIF-8/AAO membran, (d) PAN støtte, og (e og f) ZIF-8/PAN membran. Disse beskrivelser vise, at ZIF-8 filmene på AAO og PAN støtte yderst intergrown og ultratynde. Denne figur er gengivet fra han et al. 10 med tilladelse. Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4: modulet membran for gas permeance måling. ZIF-8 membraner er forseglet inde i dette modul. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5: Opnået gas separation udførelsen af ZIF-8/AAO og ZIF-8/PAN membraner.
De første to paneler viser gas permeance som en funktion af kinetic diameter for (en) et ZIF-8/AAO og (b) en ZIF-8/PAN membran ved 25 ° C og 0,1 MPa. De andre to paneler viser den ideelle selektivitet som en funktion af den kinetiske diameter for (c) ZIF-8/AAO og (d) ZIF-8/PAN membran. Disse tal viser fremragende gas separation ydeevne ZIF-8 membraner, der angiver, at ZIF-8 membraner er næsten fejlfri. Denne figur er gengivet fra han et al. 10 med tilladelse. Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Standout træk ved ENACT metoden med hensyn til de eksisterende metoder15 er, at metoden ENACT muliggør syntese af højt intergrown, ultratynde MOF film på en bred vifte af porøse og nonporous substrater. Enhver substrat forbehandling undgås, hvilket gør denne metode helt ligetil for syntesen af MOF film. Selv om EPD udstyr skal bruges til aflejring af en film fra kerner, er udstyr sammensat af en strømkilde, en metal elektrode og et bægerglas, som er ganske enkelt og let tilgængeligt. Vi mener, at denne facile ENACT metode kan udvides til syntese af en bred vifte af krystallinsk film.

ENACT processen er enkel at gennemføre som forberedelse-protokollen er relativt ligetil. Dette gælder især for en gruppe af krystaller, der viser hurtig vækst kinetik selv ved stuetemperatur, såsom MOF'erne. Hele syntese proces kan være opdelt i 3 overordnede trin: Jeg) oprettelse af elektrode samling i en forløber sol, ii) drejning på det elektriske felt ad gangen forudberegnede debut (afhængigt af størrelsen af kerner) i en ønsket tid at indbetale n uclei film og iii) iblødsætning kerner film i forløber sol for vækst og efterfølgende intergrowth. Denne proces kan være tilpasset til en række krystallinske materialer. Den eneste forudsætning er kendskab til induktion tid, størrelsen, kerner tæthed og zeta potentiale. Disse oplysninger kan fås ved karakterisering morfologi og crystallinity af kerner fra vækst gel ved TEM og elektron diffraktion og måle zeta potentiale.

For vellykket syntese af høj kvalitet MOF film er der tre kritiske overvejelser. a elektroforese depositionen bør foretages kun efter induktion tid. For dette, er det nødvendigt at analysere udviklingen i kerner i forløber sol ved spektroskopiske eller diffraktion eller mikroskopiske teknikker. (ii) elektroforese aflejring af kerner er et kritisk skridt. I dette trin, bør valget af spænding og deposition tid gøres omhyggeligt. En spænding, der er for høj eller gangen aflejring, der er for lang tid kan føre til aflejring af en tyk kerner film, og den efterfølgende vækst i en tyk MOF film falder den samlede præstation af membranen. På den anden side en lille spænding vil føre til en lille elektrisk felt og kan føre til dårlig kvalitet film. (iii) i trinnet crystal vækst bør vækst tid være tilstrækkelig lang til at sikre, at den resulterende MOF film er meget intergrown. Hvis næringsstofferne i forløber sol er forarmet før en meget intergrown film er opnået, kan en frisk forløber sol bruges.

Figur 1a viser et substrat bundet til Cu elektrode (katoden). Figur 1b viser parallel samling af katoden og anode tilsluttet en strømkilde. Elektroderne er nedsænket i en forløber gel til syntese af MOF film (figur 1 c). Efter 4 min af EPD af kerner, en kompakt, er 100 nm tykke ZIF-8 kerner film dannet på AAO støtten, som vist i tal 2a og 2b. Filmen består af ZIF-8 kerner med en gennemsnitlig størrelse på omkring 40 nm. En XRD af film (figur 1 c) kontrollerer, at filmens kerner er lavet af ZIF-8 krystaller.

En kompakt, stærkt intergrown ZIF-8 film med en tykkelse på 500 nm er genereret på AAO støtte efter at have forladt kerner film i syntese sol for 10 h (tal 3a - 3 c). En tyndere ZIF-8 film (360 nm) er genereret på porøse PAN støtte (tal 3d - 3f). Forskellige film tykkelser kan henføres til en lidt anderledes heterogene Nukleering tæthed på grund af forskelle i porestørrelse AAO og porøse PAN støtte.

Gas permeance af ZIF-8 membraner er testet i membran-modulet vist i figur 4. Figur 5 viser single-gas gennemtrængning resultaterne for H2, CO2, N2, CH4, C3H6og C3H8 fra ZIF-8/AAO og ZIF-8/PAN membraner. ZIF-8/AAO membran viser en betydelig høj Hansen2 permeance af 8.3 x 10-6 mol m-2 s-1 Pa-1, og de ideelle selectivities af H2/CO2, H2/n2, H2 /CH4, H2c3H6, H2c3H6og H2c3H8 er 7,3 ± 0,3, 15,5 ± 1.4, 16,2 ± 1.4, 83.9 ± 7.4 og 2655 ± 131, henholdsvis; meget højere end de tilsvarende Knudsen selectivities. Denne høje adskillelse ydeevne er en af de bedste blandt MOF membraner, som er tilskrevet den ultratynde selektiv lag (500 nm) og den næsten fejlfri funktion af membranen. ZIF-8/AAO membran viser også en høj C3H6 permeance af 9,9 x 10-8 mol m-2 s-1 Pa-1 med en ideel propylen/propan selektivitet 31,6. AAO-støttet, 500 nm tykke ZIF-8 film viser en af de bedste adskillelse forestillinger til rensning af propylen fra propan (en omfattende sammenligning med litteraturen er tilgængelig i arbejde af He et al.) 10.

ZIF-8/PAN membran viser en H2 permeance af 6.1 x 10-7 mol m-2 s-1 Pa-1, og de ideelle selectivities af H2/CO2, H2/n2, H2/CH4, H2c 3 H6H2c3H6og H2c3H8 er 3.3, 13.3, 11.4, 79.0 og 187. Den lavere gas permeance fra ZIF-8/PAN membran er hovedsageligt på grund af de betydeligt højere gas-transport modstand fra PAN støtte i forhold til, at fra AAO støtte9.

I Resumé præsenterer vi en reproducerbar krystallisering protokol til MOF film og membraner. ENACT tilgangen gør det muligt for forskere at netop kontrol den heterogene Nukleering ved at ændre det elektriske felt og deposition tid, endda fra en fortyndet forløber løsning. Film vækst kan kontrolleres uafhængigt ved at vælge forskellige vækstbetingelser, og som et resultat, højtydende membraner kan blive syntetiseret.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Acknowledgments

Vi anerkender vores hjemlige læreanstalt, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), for sin generøse støtte. Dette projekt har modtaget støtte fra EUs Horisont 2020 forskning og innovation program under Marie Skłodowska-Curie tilskudsaftale No. 665667. Forfatterne takke Pascal Alexander Schouwink for hans hjælp med XRD.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Zinc nitrate hexahydrate Sigma-Aldrich 96482-500G 98% purity
2-Methylimidazole Sigma-Aldrich M50850-500G 99% purity
Benzimidazole TCI B0054-500G 98% purity
Tape DuPont KPT-1/8
Epoxy GC Electronics 19-823
Copper foil Alfa Aesar 13380.CV 99.9% purity
Power source for EPD Gamry Instruments Interface 1000E Potentiostat
Ultrasonic cleaner MTI corporation VGT-1860QTD
AAO GE Healthcare Life Sciences‎ 6809-7013
PAN Shandong MegaVision The molecular weight cut-off is 100 kDa

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Knebel, A., et al. Defibrillation of soft porous metal-organic frameworks with electric fields. Science. 358, 347-351 (2017).
  2. Brown, A. J., et al. Interfacial microfluidic processing of metal-organic framework hollow fiber membranes. Science. 345, 72-75 (2014).
  3. Dzubak, A. L., et al. Ab initio carbon capture in open-site metal-organic frameworks. Nature Chemistry. 4, 810-816 (2012).
  4. Gascon, J., Kapteijn, F. Metal-organic framework membranes-high potential, bright future. Angewandte Chemie International Edition. 49, 1530-1532 (2010).
  5. Liu, X., Wang, C., Wang, B., Li, K. Novel Organic-Dehydration Membranes Prepared from Zirconium Metal-Organic Frameworks. Advanced Functional Materials. 27, 1-6 (2017).
  6. Zhang, F., et al. Hydrogen selective NH2-MIL-53(Al) MOF membranes with high permeability. Advanced Functional Materials. 22, 3583-3590 (2012).
  7. Kwon, H. T., Jeong, H. -K. In situ synthesis of thin zeolitic-imidazolate framework ZIF-8 membranes exhibiting exceptionally high propylene/propane separation. Journal of the American Chemical Society. 135, 10763-10768 (2013).
  8. Hou, J., Sutrisna, P. D., Zhang, Y., Chen, V. Formation of ultrathin, continuous metal-organic framework membranes on flexible polymer substrates. Angewandte Chemie International Edition. 55, 3947-3951 (2016).
  9. Barankova, E., Tan, X., Villalobos, L. F., Litwiller, E., Peinemann, K. V. A metal chelating porous polymeric support: the missing link for a defect-free metal-organic framework composite membrane. Angewandte Chemie International Edition. 56, 2965-2968 (2017).
  10. He, G., Dakhchoune, M., Zhao, J., Huang, S., Agrawal, K. V. Electrophoretic Nuclei Assembly for Crystallization of High-Performance Membranes on Unmodified Supports. Advanced Functional Materials. , In press (2018).
  11. Li, X., et al. Large-area synthesis of high-quality and uniform graphene films on copper foils. Science. 324, 1312-1314 (2009).
  12. Rodriguez, A. T., Li, X., Wang, J., Steen, W. A., Fan, H. Facile synthesis of nanostructured carbon through self-assembly between block copolymers and carbohydrates. Advanced Functional Materials. 17, 2710-2716 (2007).
  13. Huang, S., et al. Large-area single-layer graphene membranes by crack-free transfer for gas mixture separation. Nature Communications. , Accepted (2018).
  14. Agrawal, K. V., Dakachoune, M., Huang, S., He, G., Dudani, N. Ultrahigh flux gas-selective nanoporous carbon membrane and manufacturing method thereof. , Patent. Application PCT/EP2017/057684 (2017).
  15. Liu, J., Wöll, C. Surface-supported metal-organic framework thin films: fabrication methods, applications, and challenges. Chemical Society Reviews. 46, 5730-5770 (2017).

Tags

Kemi spørgsmålet 138 krystallisering tynde film elektroforese deposition ENACT gas separation membraner metal-økologiske rammer propan/propylen adskillelse polykrystallinske film uorganiske membraner MOF'erne MOF membraner
Elektroforetisk krystallisering af ultratynde højtydende Metal-økologiske rammer membraner
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

He, G., Babu, D. J., Agrawal, K. V.… More

He, G., Babu, D. J., Agrawal, K. V. Electrophoretic Crystallization of Ultrathin High-performance Metal-organic Framework Membranes. J. Vis. Exp. (138), e58301, doi:10.3791/58301 (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