Geliştirilmiş nem direnci için Metal organik çerçeveler yüzey Functionalization

Su stabilitesinin iyileştirilmesi, MOF'ların kimyasal olarak zorlu uygulamalara entegrasyonu için kritik öneme sahiptir. Yöntemimiz, suda stabil olmayan MOF'ların stabilitesini artırmaya yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, sadece kaplanmış malzemenin hidrofobikliğinin modifikasyonuna izin vermekle kalmayıp, aynı zamanda kaplamanın işlevselliği üzerinde kontrol sahibi olmamıza da izin vermesidir.

Bu teknik, bazı MOF'larda bulunan ve malzemenin genel gözenekliliğini etkilemeden kristallerin yüzeyindeki katekol moleküllerinin polimerizasyonunu tetikleyebilen katalitik açık metal bölgelerinden yararlanır. İlk olarak, dört mililitrelik bir cam şişe, iki spatula ve bir mililitrelik bir mikropipeti bir torpido gözüne getirin. Oksijensiz reaksiyon koşullarını korumak için özel dikkat gösterilmelidir.

Cam şişeye 50 miligram hdcat ekleyin. Ardından, cam şişeye bir mililitre susuz kloroform ekleyin. Bunu takiben, hdcat çözeltisine 10 miligram HKUST ekleyin ve şişeyi sıkıca kapatın.

Şişeyi torpido gözünden çıkardıktan sonra, çözeltiyi homojenize etmek için HKUST ve hdcat süspansiyonunu birkaç saniye sonikleştirin. Şişenin sıkıca kapatıldığından emin olun ve gece boyunca 70 santigrat derecede bir fırına koyun. Şişeyi fırından çıkardıktan sonra, 15 mililitrelik bir santrifüj tüpü ile torpido gözüne aktarın.

Torpido gözünde, şişenin içeriğini taze susuz kloroform kullanarak santrifüj tüpüne aktarın. Santrifüj tüpünü torpido gözünden çıkardıktan sonra, kaplanmış malzemeyi bir dakika boyunca 3.354 kez g'de santrifüjleme ile ayırın. Santrifüj tüpü torpido gözüne geri gönderildikten sonra, süpernatanı bir damlalık kullanarak dikkatlice çıkarın ve 40 mililitrelik temiz bir cam şişede saklayın.

Daha sonra, kristallerin yüzeyine bağlı olmayan polimerize katekol birimlerini çıkarmak için kaplanmış malzemeyi üç mililitre susuz kloroform içinde askıya alın. Kloroformu çıkardıktan sonra, reaksiyona girmemiş hdcat moleküllerini çıkarmak için kaplanmış malzemeyi üç mililitre susuz metanol içinde askıya alın. Yıkama adımını üç kez tekrarladıktan sonra, yıkanmış hdcat-HKUST'u susuz metanol kullanarak bir cam şişeye aktarın.

Kaplanmış katı şişenin dibine yerleştikten sonra, süpernatanı çıkarın ve tozun torpido gözünde oda sıcaklığında kurumasını bekleyin. Torpido gözüne dört mililitrelik bir cam şişe, iki spatula ve bir mililitrelik bir mikropipet getirin. Cam şişeye 50 miligram fdcat ekleyin.

Ardından, cam şişeye bir mililitre susuz kloroform ekleyin. Daha sonra, fdcat çözeltisine 10 miligram HKUST ekleyin ve şişeyi sıkıca kapatın. Şişeyi torpido gözünden çıkardıktan sonra, çözeltiyi homojenize etmek için HKUST ve fdcat süspansiyonunu birkaç saniye sonikleştirin.

Şişenin sıkıca kapatıldığından emin olun ve gece boyunca 70 santigrat derecede fırına koyun. Şişeyi fırından çıkardıktan sonra, 15 mililitrelik bir santrifüj tüpü ile torpido gözüne aktarın. Torpido gözünde, şişenin içeriğini taze susuz kloroform kullanarak santrifüj tüpüne aktarın.

Santrifüj tüpünü torpido gözünden çıkardıktan sonra, kaplanmış malzemeyi bir dakika boyunca 3.354 kez g'de santrifüjleme ile ayırın. Santrifüj tüpü torpido gözüne geri gönderildikten sonra, süpernatanı bir damlalık kullanarak dikkatlice çıkarın ve 40 mililitrelik temiz bir cam şişede saklayın. Bunu takiben, kristallerin yüzeyine bağlı olmayan polimerize katekol birimlerini çıkarmak için kaplanmış malzemeyi üç mililitre susuz kloroform içinde askıya alın.

Kloroformu çıkardıktan sonra, reaksiyona girmemiş fdcat moleküllerini çıkarmak için kaplanmış malzemeyi üç mililitre susuz metanol içinde süspanse edin. Yıkama adımını üç kez tekrarladıktan sonra, yıkanmış fdcat-HKUST'u susuz metanol kullanarak bir cam şişeye aktarın. Kaplanmış katı şişenin dibine yerleştikten sonra, süpernatanı çıkarın ve tozun torpido gözünde oda sıcaklığında kurumasını bekleyin.

Yüzeyi modifiye edilmiş kristaller, suya batırıldığında artan hidrofobiklik gösterir. Hemen şişenin dibine batan HKUST ile karşılaştırıldığında, hdcat-HKUST ve fdcat-HKUST batmadan birkaç gün suda kalabilir. Temas açısı ölçümleri, üstün hidrofobikliklerini doğrular.

hdcat-HKUST'un FT-IR spektrumu, HKUST'ta bulunmayan hdcat alkil zincirinin alkan CH germe titreşimlerine karşılık gelen bantları gösterir. fdcat-HKUST için, HKUST'ta gözlenmeyen spektrumda alkan CF germe titreşimleri görülebilir. hdcat-HKUST ve fdcat-HKUST'un SEM görüntüleri, kristalleri çevreleyen bir dış oluklu tabakayı gösterir, bu da morfolojilerine saygı gösterirken kristaller üzerinde etkili bir polimerizasyon olduğunu gösterir.

XPS ölçümleri, hdcat-HKUST ve fdcat-HKUST'ta bakır I'in varlığını gösterir, bu da katekol kısımlarının yüzeydeki bakır birimler tarafından reaksiyona girmesine ve ardından polimerizasyona atfedilir. HKUST üzerinde katekolat kaplamaların oluşumu, toz x-ışını kırınım ölçümleri ile onaylandığı gibi, HKUST'un kristal yapısı üzerinde hiçbir etki olmaksızın ilerledi. Bu aynı zamanda 77 kelvin'deki gözeneklilik ölçümleriyle de doğrulandı ve bu da hdcat-HKUST ve fdcat-HKUST'un kaplama işleminden sonra küçük değişikliklerle yüzey alanlarını koruduğunu gösterdi.

Bu prosedürü denerken, oksijensiz reaksiyon koşullarını korumak önemlidir, çünkü oksijen, katekol moleküllerinin kristallerin yüzeyinden ziyade çözelti içinde polimerizasyonunu teşvik edebilir. Bu prosedürü takiben, MOF malzemelerinin ıslanabilirliğini, dış yüzeylerinin basit bir şekilde işlevselleştirilmesiyle değiştirebildik. Ayrıca, bu teknik, kaplamanın işlevselliği üzerinde kontrol sahibi olmamızı sağlar, bu da kiral ayırma veya VOC yakalama gibi çıplak malzemede bulunmayan yeni işlevlere sahip olmamızı sağlar.