Elektroforetik kristalizasyon Ultrathin yüksek performanslı Metal organik Framework membranlar

Bu yöntem, MOF membranlarının tekrarlanabilir bir şekilde nasıl sentezleneceği gibi polikristalin MOF filmlerin sentezindeki anahtar soruyu yanıtlamaya yardımcı olabilir. Bu tekniğin ana avantajı, ultra ince, iğne deliği içermeyen MOF filmlerine yol açan çok çeşitli substratlar üzerinde heterojen çekirdeklenmeyi kontrol edebilmemizdir. Kontrollü çekirdeklenme ve büyümeyi içeren kristal mühendisliğinin yardımıyla, MOF filmlerinin sentez protokolünü basitleştirmeyi amaçlıyoruz.

İlk olarak, yüksek saflıkta bir bakır folyoyu dörde dört santimetrelik parçalar halinde kesin. Kesilen folyoyu bir dizi bakır timsah klipsi ile sıkıştırmayı kolaylaştırmak için, her kare folyonun kenarlarından birinden 0,5 santimetre bir çizgi çizin. Daha sonra her bir folyoyu temiz bir yüzey üzerinde silindirik bir rulo kullanarak düzleştirin.

Bakır folyoları 15 dakika boyunca asetonda banyo sonikasyonu ve ardından 15 dakika boyunca izopropanol içinde banyo sonikasyonu ile iyice temizleyin. Daha sonra bakır folyoları bir cam tabakta kurutun. İstenen alt tabakayı bant kullanarak bakır elektrotun ortasına dikkatlice yerleştirin.

Alt tabaka elektrot düzeneğini bir dakika boyunca suyla, ardından izopropanol ve tekrar suyla durulayın. Bunu takiben, bir anoda çıplak bir bakır elektrot takın. Ardından alt tabaka elektrot düzeneğini bir katoda takın.

İki elektrotu 100 mililitrelik bir cam kabın içine yerleştirin ve aralarındaki mesafeyi bir santimetreye ayarlayın. 100 mililitrelik bir behere 31.6 gram çinko heksahidrat çözeltisi ve 35 gram benzimidazol çözeltisi ekleyin ve öncü sol'ü oluşturmak için oda sıcaklığında 30 saniye karıştırın. Öncü solu elektrotları içeren behere aktarın.

Ardından, beherin yüksekliğini ayarlayarak her iki elektrotu da 3,5 santimetre işaretine kadar daldırın. Güç kaynağının gücünü açarak dört dakika boyunca bir voltluk biriktirme voltajı ile elektroforetik biriktirme gerçekleştirin. Biriktirmenin sonunda, yeni biriken çekirdekler ile substrat arasındaki zayıf yapışmayı bozmamak için beheri yavaşça indirin.

Alt tabakayı kuruttuktan sonra, alt tabakayı yerinde tutmak için bant kullanarak mikroskobik bir cam slayta aktarın. Kristal büyümesi için 100 mililitrelik bir beherde 31.6 gram çinko hekzahidrat çözeltisi ve 35 gram 2-Metilimidazol çözeltisini karıştırın. Mikroskobik cam slaytı, alt tabaka ile birlikte dikey olarak öncü çözeltiye yerleştirin ve 30 santigrat derecede 10 saat boyunca rahatsız edilmeden bırakın.

10 saatlik kristal büyümesinden sonra, alt tabakayı 30 dakika suyla durulayın. Ardından alt tabakayı temiz bir atmosferde kurutun. Sızdırmazlık maddesini hazırlamak için, eşit oranda epoksi ve sertleştiriciyi iyice karıştırın ve karışımı bir saat bekletin.

ZIF-8 membranını, ortasında beş milimetre çapında bir delik bulunan 24 milimetre genişliğinde bir çelik disk üzerine yerleştirin. Epoksiyi alt tabakanın kenarları boyunca uygulayın ve ardından merkezdeki beş milimetre çapındaki delik dışında alt tabakayı kaplayın. Epoksinin gece boyunca kurumasına izin verdikten sonra, bilinen referans ölçeği ile birlikte zarı taramak için bir stereomikroskop kullanın.

Taranan görüntüden zarın açıkta kalan alanını hesaplamak için grafik yazılımı kullanın. Daha sonra zarlı çelik diski paslanmaz çelik geçirgenlik hücresine yerleştirin ve hücreyi bir fırına yerleştirin. Viton O-ringleri çelik diskin üstüne ve altına yerleştirerek ve vidaları sıkarak sızdırmaz bir uyum sağlayın.

Besleme ve süpürme kenarlarındaki gaz akış hızlarını dakikada 30 mililitreye ayarlayın. Sentez sırasında emilen suyu uzaklaştırmak için, besleme gazı olarak hidrojen ve bu süpürme gazı olarak argon kullanarak zar hücresini iki saat boyunca 130 santigrat derecede ısıtın. Besleme ve süpürme tarafında 0.1 megapaskal'lık bir basınç sağlayın, sırasıyla tutma ve süzüntü tarafındaki iğneli valfleri ayarlayarak.

Besleme tarafındaki gaz akışını hedef gaz olarak değiştirin ve gaz akış hızını dakikada 30 mililitre olarak ayarlayın. Fırının sıcaklığını istenen sıcaklığa ayarlayın. Ardından, kütle spektrumundan gelen verilere göre kararlı bir durum oluşturulduktan sonra Excel'de geçirgenliği hesaplayın.

SEM görüntüleri ve XRD modelleri, ZIF-8 çekirdek filminin kompakt olduğunu ve ENACT yönteminin bir substrat üzerindeki heterojen çekirdeklenme yoğunluğunu kontrol etmede oldukça verimli olduğunu göstermektedir. Büyüme sonrası, SEM tarafından gözlemlenen film morfolojisi kompakttır ve iğne deliği içermez ve oldukça iç içe geçmiş gibi görünmektedir. AAO desteğinin, ZIF-8/AAO membranının, PAN desteğinin ve ZIF-8/PAN membranının yüzey ve kesit morfolojileri burada gösterilmektedir.

ZIF-8/AAO ve ZIF-8/PAN membranlarının gaz kalıcılık verileri, hidrojen propan seçiciliklerinin sırasıyla 2700 ve 190 olduğunu gösterir ve bu da MOF filminin neredeyse hatasız olduğunu kanıtlar. ZIF-8/AAO membranı, ultra ince kalınlık nedeniyle ultra yüksek hidrojen geçirgenliği gösterir. Bu prosedürü denerken, elektroforetik biriktirme uygulamadan önce kristal indüksiyonunun gerçekleşmesini beklemek önemlidir.

Örneğin, kristal indüksiyonu, bir transmisyon elektron mikroskobunda öncü sol incelenerek onaylanabilir. Bu protokol, elektrik alanını ve elektroforetik biriktirme süresini basitçe kontrol ederek heterojen çekirdeklenme yoğunluğunu ve çekirdek filminin kalınlığını hassas bir şekilde kontrol etmeye izin verir ve çeşitli yapılardaki polikristal filmleri sentezlemek için genişletilebilir. Bu tekniğin geliştirilmesinden sonra, kalınlığı 100 nanometreden az olan MOF filmlerinin mühendisliği üzerine sistematik çalışmalar yapmamızın önünü açtı.

Metilimidazol ve çinko nitrat ile çalışmanın tehlikeli olabileceğini ve bu prosedürü gerçekleştirirken eldiven giymek ve çeker ocakta çalıştırmak gibi önlemlerin her zaman alınması gerektiğini unutmayın.