تبلور الغرواني الكهربي الأغشية سامسونج إطار المعادن العضوية عالية الأداء

Chemistry

Your institution must subscribe to JoVE's Chemistry section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.

If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.

 

Summary

ويرد نهج بسيط واستنساخه وتنوعاً لتركيب الأغشية المعدنية العضوية إطار الكريستالات إينتيرجروون، في طائفة واسعة من غير معدلة مسامية وغير المسامية ويدعم.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

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).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

نحن تقرير تركيب الأغشية المعدنية العضوية الإطار (MOF) الكريستالات رقيقة، إينتيرجروون العالية، في طائفة واسعة من غير معدلة تدعم المسامية وغير المسامية (البوليمر والسيراميك والمعادن، والكربون والجرافين). قمنا بتطوير تقنية بلورة رواية، الذي هو ما يسمى بالنهج سن: الجمعية نويات الغرواني الكهربي لبلورة الأغشية الرقيقة جداً إينتيرجروون (سن). ويسمح هذا النهج لكثافة عالية من نويات غير متجانسة من Mof في الركازة مختارة عن طريق ترسب الغرواني الكهربي (العوالق) مباشرة من سول السليفة. نمو نويات MOF معبأة جيدا يؤدي إلى فيلم MOF الكريستالات إينتيرجروون عالية. ونحن تبين أن هذا النهج بسيطة يمكن أن تستخدم لتركيب إطار ايميدازول زيوليت رقيقة، إينتيرجروون (زيف)-7 وزيف-8 أفلام. إظهار الناتج 500 نانومتر سميكة الأغشية زيف-8 إلى حد كبير ارتفاع ح2 منافذه (8.3 × 10-6 مول م-2 s-1 السلطة الفلسطينية-1) وغاز مثالية سيليكتيفيتيس (7.3 ح2/CO2، 15.5 ح2/N2، 16.2 ح2/CH4، و 2655 لح23ح8). على أداء جذاب ج3ح63ح8 الفصل أيضا تحقيق (ج3ح6 منافذه من 9.9 × 10-8 جزئ m-2 s-1 السلطة الفلسطينية-1 و ج3ح 63ح8 مثالية الانتقائية من 31.6 عند 25 درجة مئوية). وعموما، يمكن تمديد عملية سن، نظراً لبساطته، توليف إينتيرجروون الأغشية الرقيقة لمجموعة واسعة من المواد البلورية نانوبوروس.

Introduction

تقدم من كفاءة الطاقة عالية في فصل جزيئات رقيقة الأغشية الجزيئية النخل ويمكن أن تقلل من التكلفة الإجمالية للوقود، التقاط2 CO، وتنقية المياه، واستعادة المذيبات، إلخ1،2. Mof فئة واعدة من المواد لتركيب الأغشية الجزيئية النخل بسبب الكيمياء التركيبية إيسوريتيكولار المشتركة وبلورة واضحة نسبيا3. حتى الآن، MOF الأغشية وتضم هياكل بلورية متنوعة، بما في ذلك أن من زيف-4-7،-8، كانت-9-11،-67،-90، و-93، والارجان-66، HKUST-1 وشركة مالونغوشي-53 ذكرت4،5. يتم توليف هذه الأغشية ببلورة الأفلام MOF الكريستالات عالية الجودة على دعم مسامية. عموما، للحصول على انتقائية فصل عالية، من الضروري الحد من العيوب في الفيلم MOF الكريستالات (مثل الثقوب والعيوب الحبوب للحدود). اتباع نهج مناسب للحد من العيوب بلورة فيلما سميكة. ليس من المستغرب أن العديد من ذكرت في وقت سابق في وزارة المالية أغشية سميكة جداً (أكثر من 5 ميكرومتر). الأفلام سميكة للأسف، يؤدي إلى مسار نشر طويلة، مما يحد من منافذه الغشاء. ولذلك، بينما يتم تحسين الانتقائية، هو التضحية بمنافذه. للالتفاف على هذه المفاضلة، من الضروري وضع أساليب لبلورة سامسونج (< 0.5 ميكرومتر سميكة)، الأفلام MOF خالية من العيوب.

زيف-8 الأكثر كثافة درس MOF لتركيب الغشاء، بسبب استقرارها الكيميائي والحراري استثنائية وبلورة بسيطة كيمياء6،7. وحتى الآن، تحققت الأغشية زيف-8 التي أبلغ عنها سامسونج بتغيير الكيمياء السطحية أو طبولوجيا من الركازة المليئة بالثغرات الكامنة، تحابي التنو غير متجانسة من زيف-8، هو أمر ضروري لفيلم الكريستالات إينتيرجروون. على سبيل المثال، تشن وآخرون. عن توليف الفيلم زيف-8 ميكرومتر سميكة 1 (3-أمينوبروبيل) تريثوكسيسيلاني-تعديل TiO2-poly(vinylidene fluoride) المغلفة (PVDF) جوفاء ألياف8. لاحظ كثافة عالية التنو غير متجانسة، وعزاه إلى التعديل المتزامن للكيمياء السطحية ونانوستروكتوري. أفاد فريق بينيمان غشاء زيف-8 سامسونج على دعم بوليثيوسيميكاربازيدي (بتسك) خالب معدن،9. هذه الإمكانية خالب معدنية فريدة من نوعها من بتسك أدى إلى ربط أيونات الزنك، تعزيز التنو غير متجانسة من زيف-8 أدت بعد ذلك إلى أغشية زيف-8 عالية الأداء. وبصفة عامة، ضبط كيمياء الركيزة و nanostructure يسهل تركيب الأغشية MOF عالية الأداء؛ ومع ذلك، هذه الأساليب معقدة جداً، وعادة لا تكون إعادة تطبيق لتجميع MOF أغشية من هياكل وزارة المالية الجذابة الأخرى.

هنا، نحن تقرير التوليف من سامسونج، إينتيرجروون عالية أفلام زيف-8 استخدام نهج بلورة بسيطة وتنوعاً التي يمكن إعادة تطبيقه لتشكل طبقة رقيقة إينتيرجروون من عدة مواد بلورية10. نعرض أمثلة للأفلام 8 زيف وزيف-7 إعداد بدون أي معالجة مسبقة الركازة، الذي يبسط إلى حد كبير عملية إعداد. وتعد أفلام زيف-8 على مجموعة واسعة من ركائز (السيراميك والبوليمر، والمعادن، والكربون والجرافين). يعرض الفيلم زيف-8 500 نانومتر سميكة على وجود دعم انوديك أكسيد الألومنيوم (AAO) على أداء الفاصل جذابة. منافذه2 ح عالية من 8.3 × 10-6 مول م-2 s السلطة الفلسطينية-1 -1 وجذابة سيليكتيفيتيس مثالية 7.3 (ح2/CO2) و 15.5 (ح2/N2) 16.2 (ح2/CH4) 2655 (ح 23ح8) يتم تحقيقه.

تبلور والنهج التي تمكن الفذ المذكور أعلاه هو سن. سن رواسب نويات زيف-8 على الركازة مباشرة من سول السليفة للبلورة. يستخدم هذا النهج العوالق لفترة قصيرة جداً من الزمن (1-4 دقيقة) الحق بعد الوقت التعريفي (الوقت عندما تظهر الأنوية في سول السليفة). تطبيق المجال الكهربائي على الأنوية MOF مشحونة يدفعهم نحو قطب كهربائي مع التمويه الذي يتناسب مع قوة التطبيقية المجال الكهربائي (E)، تنقل الغرواني الكهربي الغروانية (μ)، وتركيز نوى (جن) كما هو مبين في المعادلات 1 و 2.

Equation 1
(المعادلة 1)

Equation 2
(المعادلة 2)

هنا،
v = سرعة الانجراف،
Ζ = إمكانات زيتا الأنوية،
اليوروس = سماحية الفراغ،
اليوروr = ثابت عازل، و
Η = لزوجة سول السليفة.

لذلك، عن طريق التحكم الإلكتروني ودرجة الحموضة الحل (الذي يحدد ζ)، يمكن التحكم بكثافة التعبئة الأنوية. نمو نويات المزدحمة في سول السليفة اللاحقة يسمح للباحثين للحصول على فيلم الكريستالات إينتيرجروون عالية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

تنبيه: اقرأ بعناية صحائف بيانات سلامة المواد (MSDS) للمواد الكيميائية المعنية. بعض المواد الكيميائية المستخدمة في هذه التجربة مواد سامة. الأسلوب الحالي ينطوي على تجميع جسيمات نانوية. ولذلك، اتخاذ الاحتياطات المناسبة. يجب أن يتم إجراء توليف كامل بغطاء دخان جيد التهوية.

ملاحظة: يتم سرد التفاصيل المتعلقة الآلات والمواد الكيميائية والمواد التي تشارك في تركيب الأفلام MOF في الجدول 1.

1-إعداد الحل الملح المعدني والحل رابط لسول السليفة

ملاحظة: لتركيب الفيلم زيف-8، يستخدم سداسي هيدرات نترات الزنك [الزنك (لا3)2.6H2س] كالملح المعدنية ويستخدم 2-ميثيليميدازولي (حميم) كالرابط.

  1. لحل الملح المعدني، حل ز 2.75 من الزنك (لا3)2.6H2س في 500 مل الماء.
  2. لحل رابط، حل ز 56.75 من حميم في 500 مل الماء ويقلب عليه بشكل مستمر حتى يتم الحصول على حل واضح.

2-إعداد أقطاب النحاس

  1. قطع من رقائق نحاس عالية نقاء (بنقاوة 99.9%، 127 ميكرومتر سميكة) إلى قطع 4 × 4 سم.
  2. لسهولة لقط إحباط قطع لمجموعة من القصاصات تمساح Cu، رسم خط على مسافة 0.5 سم من أحد حواف رقائق مربعة.
  3. تسطيح إحباط استخدام بكرة أسطوانية على سطح نظيف.
  4. تنظيف رقائق النحاس بدقة بحمام سونيكيشن في الأسيتون لمدة 15 دقيقة، تليها sonication حمام في الكحول لمدة 15 دقيقة.
  5. رقائق النحاس في أجواء نظيفة جافة.

3-مرفق ركائز مسرى (الكاثود)

ملاحظة: اختيار الركازة ملائمة إيداع الفيلم MOF. يمكن تطبيق الأسلوب AAO (أنوديسك، 13 المسام استضافة قطر ملم يبلغ قطرها 0.1 ميكرومتر المسامية)، ﺍﻟﺍﻛﺭﻳﻟﻭﻧﻳﺗﺭﺍﻟ (القومية، ووقف الوزن الجزيئي: كاتشين 100)، إحباط Cu (نقاء 99.9%، 25 ميكرومتر سميكة)، وهو فيلم الجرافين الكيميائية-بخار-الترسيب-تعتمد يستريح على إحباط cu11، ويستريح على إحباط Cu12،،من1314فيلم الكربون نانوبوروس محلية صنع.

  1. بعناية وضع الركيزة المرغوبة في مركز القطب Cu استخدام شريط.
  2. شطف الجمعية الركازة/القطب بالماء، يليه الكحول، ومرة أخرى مع المياه لحوالي 1 دقيقة.
  3. إرفاق قطب كهربائي Cu عارية (4 x 4 سم) اﻷنود. ثم إرفاق الجمعية الركازة/قطب الكاثود.
  4. ضبط الفصل بين قطبين إلى 1 سم داخل كوب زجاج 100 مل.

4-سن الداخلي للفيلم زيف-8

  1. مزيج ز 31.6 الحل السلائف المعدنية و 35 ز الحل يجند في كوب 100 مل ويقلب عليه لمدة 30 ثانية في درجة حرارة الغرفة لتشكيل سول السليفة.
    ملاحظة: وقت التعريفي زيف-8 في هذه الظروف هو أقل من 60 ثانية، ولذلك العوالق قد يجري تنفيذها دون تأخير.
  2. نقل سول السليفة إلى السفينة استضافة أقطاب كهربائية.
  3. تزج كل الأقطاب حتى علامة 3.5 سم على أقطاب كهربائية.
    ملاحظة: من تجاربنا، وقد لاحظنا أن تطبيق الحقل الكهربائي قبل 3 دقيقة للشيخوخة سول يؤدي إلى تغلغل الأنوية زيف-8 أصغر في مسام ركائز المسامية (AAO في هذه الحالة بالذات)، التي تحتاج إلى تجنبها. لذلك، الحقل الكهربائي متوقفاً إلا بعد 3 دقائق، عند النواة تنمو أكبر إلى حد ما.
  4. القيام باﻻشتراك مع جهد ترسب 1 V لمدة 4 دقائق. الحالية ينبغي أن يكون في نطاق ما 2.5 3.5.
  5. في نهاية العوالق، أقل في الكأس ببطء. كما ضعيفة الالتصاق بين الأنوية المودعة حديثا والركيزة فيجب اتخاذ أقصى درجات الحرص أثناء التعامل مع الركازة.
  6. نقل الركازة المجففة على شريحة زجاجية مجهرية. استخدام الشريط لعقد الركيزة في المكان.
  7. لنمو البلورات، مزيج ز 31.6 الحل الملح المعدنية و 35 ز الحل رابط في كوب 100 مل.
  8. ضع شريحة زجاجية مجهرية جنبا إلى جنب مع الركيزة عمودياً في الحل السلائف وتركها دون عائق ح 10 في 30 درجة مئوية.
  9. بعد ما يصل إلى 10 س لنمو البلورات، شطف الركيزة بالماء لمدة 30 دقيقة والجافة في جو نظيف.

5-سن الداخلي للفيلم زيف-7

  1. توليف الفيلم زيف-7 على وجود دعم AAO بطريقة مشابهة لتلك المستخدمة للفيلم زيف-8 ولكن مع الاختلافات التالية.
  2. بعد خلط ز 0.82 للزنك (لا3)2·6H2س في 30 مل من dimethylformamide (DMF) و 0.72 ز من بنزيميدازول في 30 مل ميثانول لمدة 3 دقائق، الاضطلاع بالعوالق لمدة 1 دقيقة.
  3. توليف فيلم زيف-7 إينتيرجروون بغمر الفيلم نويات زيف-7 في سول السليفة تتضمن ز 0.58 من الزنك (لا3)2·6H2س و 0.3 غرام من بنزيميدازول 30 مل من DMF عند 110 درجة مئوية ح 4.
  4. بعد تهدئة الحل، يغسل الغشاء زيف-7/AAO التي نقع عليه في DMF، متبوعاً بتجفيف أنه عند 60 درجة مئوية ح 12.

6-غشاء إعداد وتوصيف

  1. إعداد الغشاء
    1. لإعداد للتسرب، مزيج دقيق نسبة متساوية من الراتنج ومقوي وترك المخلوط ح 1.
    2. ضع الأغشية زيف-8/الدعم على قرص الصلب 24 ملم على نطاق المنظومة مع حفرة قطرها 5 ملم في المركز.
    3. تطبيق الإيبوكسي على طول حواف الركيزة في البداية، وبعد ذلك، تغطي الركيزة باستثناء حفرة قطرها 5 ملم في المركز.
    4. تسمح الإيبوكسي الجافة بين عشية وضحاها.
    5. استخدام مجهر ستيريو لفحص الغشاء جنبا إلى جنب مع مقياس مرجعي معروف.
    6. استخدام البرامج الرسومية لحساب المنطقة المعرضة للغشاء من الصورة الممسوحة ضوئياً.
  2. اختبار تخلل غاز
    ملاحظة: في تجاربنا، الاختبارات تخلل غاز مكون واحد نفذت بتقنية Wicke-كالينباتش في زنزانة تخلل محلية صنع. تم معايرة وحدات التحكم بالتدفق الجماعي (الكنيست) ومطياف كتلة المستخدمة في التشكيل تخلل داخل مجموعة من خطأ 5%. وحدات التحكم بالتدفق الجماعي (MFC) ينظم في التغذية ومعدل تدفق غاز الاجتياح. Ar كالغاز الاجتياح التي قامت بيرميتي الغاز مطياف كتلة معايرة (مللي ثانية) لتحليل في الوقت الحقيقي لتركيز بيرميتي.
    1. ضع القرص الصلب مع الغشاء في الخلية تخلل الفولاذ المقاوم للصدأ.
    2. ضمان تناسب ضيق تسرب عن طريق وضع يا Viton الحلقات المذكورة أعلاه وأدناه القرص الصلب وثبتت المسامير. لإزالة الماء الممتزة أثناء التوليف، جاف في الأغشية في 130 درجة مئوية تحت جو/Ar2ح حتى يتم التوصل إلى منافذه2 ح مطرد.
    3. مكان إقامة داخل الفرن وتعيين درجة الحرارة إلى 130 درجة مئوية.
    4. ضمان التغذية واكتساح خطوط هي يسخن.
    5. تعيين معدلات تدفق الغاز في التغذية واكتساح الجانبين إلى 30 مل/دقيقة.
    6. الحفاظ على ضغط 0.1 ميغاباسكال في التغذية والجانب اكتساح بضبط الصمامات إبرة في ريتينتاتي والجانب بيرميتي، على التوالي.
    7. حساب في منافذه حالما يتم إنشاء حالة مستقرة.
    8. ببطء يبرد الفرن (في حوالي 2 ساعة) إلى 30 درجة مئوية وتسجيل القيم مرة أخرى بمجرد تأسيس حالة مستقرة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

تم استخدام هيكل قائم محلية صنع لتوليف الأفلام MOF (الشكل 1). مسح صور المجهر الإلكتروني (SEM) وحيود الأشعة السينية (XRD) وقد جمعت أنماط للفيلم زيف-8 نوى (الشكل 2). واستخدمت وزارة شؤون المرأة لصورة مورفولوجيس السطحية ومستعرضة الدعم AAO والغشاء زيف-8/AAO، دعم عموم، غشاء زيف-8/عموم، والفيلم زيف-8/الجرافين، وزيف-7/AAO غشاء (الشكل 3). وتم قياس منافذه الغاز الأغشية زيف-8 في وحدة نمطية غشاء التحكم في درجة الحرارة (الشكل 4). ويبين الشكل 5أداء الأغشية زيف-8/AAO وزيف-8/عموم فصل الغاز التي تم الحصول عليها. واستخدمت الصور ووزارة شؤون المرأة لفهم مورفولوجيس من الأفلام الأنوية أو الأفلام MOF. تم استخدام أنماط زرد لتحديد كريستالينيتي الفيلم الأنوية. استخدمت الغاز منافذه البيانات لتحليل خصائص النقل الأغشية MOF. الفيلم نويات الاتفاق يوضح أن أسلوب سن فعالة جداً في التحكم في كثافة التنو غير متجانسة على الركازة. النمو بعد، مورفولوجية الفيلم لاحظت بوزارة شؤون المرأة هو الاتفاق وخالية من الثقب وإينتيرجروون جداً على ما يبدو. تبين البيانات منافذه الغاز أن ح23ح8 الانتقائية أعلى من 1000، تثبت أن الفيلم وزارة المالية تقريبا خالية من العيوب.

Figure 1
رقم 1: إنشاء "العوالق". () AAO الركازة توليها لمسرى Cu الشريطين من الشريط. (ب) الجمعية الموازية الكاثود والانود متصل بمصدر طاقة. (ج) التوازي مع أقطاب مغمورة في سلائف sol. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
رقم 2: الصور ووزارة شؤون المرأة وأنماط زرد الفيلم نويات زيف-8- الفريقان الأول والثاني أظهر () وزارة شؤون المرأة أعلى-عرض صورة الفيلم نويات زيف-8 على دعم AAO و (ب) مورفولوجية مستعرضة المقابلة. (ج) هذا الفريق يوضح أنماط زرد الفيلم نوى (أحمر) وبلورات محاكاة (أسود). هذه الأوصاف تبين بأن الفيلم زيف-8 أنوية المدمجة، سامسونج، والبلورية. ويرد هذا الرقم من أنه et al. 10 مع الإذن. حقوق الطبع والنشر إيلي يقمن فيرلاغ GmbH & Co. KGaA. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3: مورفولوجيس سطح/المشتركة-سيكشونال- هذه اللوحات إظهار الصور السطحية ومستعرضة مورفولوجيس () AAO الدعم، (ب وج) زيف-8/AAO غشاء، (د) العموم الدعم، و (ه و و) الغشاء زيف-8/PAN. هذه الأوصاف تبين أن الأفلام زيف-8 على دعم AAO وعموم إينتيرجروون وسامسونج للغاية. ويرد هذا الرقم من أنه et al. 10 مع الإذن. حقوق الطبع والنشر إيلي يقمن فيرلاغ GmbH & Co. KGaA. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 4
الشكل 4: وحدة غشاء لقياس الغاز منافذه. الأغشية زيف-8 مختومة داخل هذه الوحدة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 5
الشكل 5: الحصول على الغاز فصل أداء الأغشية زيف-8/AAO وزيف-8/عموم.
إظهار أول فريقي منافذه الغاز كدالة للحركية قطرها عن () زيف-8/AAO والغشاء (ب) زيف-8/PAN في 25 درجة مئوية و 0.1 الآلام والكروب الذهنية. فريقي أخرى تظهر الانتقائية مثالية كدالة للقطر الحركي ل (ج) زيف-8/AAO و (د) الغشاء زيف-8/PAN. وتظهر هذه الأرقام أداء الأغشية زيف-8، مشيراً إلى أن الأغشية زيف-8 تقريبا فصل الغاز ممتازة خالية من العيوب. ويرد هذا الرقم من أنه et al. 10 مع الإذن. حقوق الطبع والنشر إيلي يقمن فيرلاغ GmbH & Co. KGaA. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

ميزة موقع الصدارة من الأسلوب سن فيما يتعلق ب الأساليب القائمة15 أن الأسلوب سن يمكن توليف الأفلام MOF إينتيرجروون عالية، سامسونج على مجموعة واسعة من ركائز المسامية ونونبوروس. هو تجنب أي الركازة المعالجة المسبقة، مما يجعل هذا الأسلوب واضحة تماما لتوليف الأفلام MOF. وبالرغم من العوالق المعدات ستستخدم لترسب الفيلم النوى، والمعدات تتألف من مصدر طاقة وقطب معدني وكوب، وبسيط جداً ويمكن الوصول إليها. ونحن نعتقد أنه يمكن تمديد هذا الأسلوب سن سهلة لتركيب مجموعة واسعة من أفلام بلوري.

عملية سن بسيط لتنفيذ البروتوكول إعداد بسيط نسبيا. وهذا ينطبق بشكل خاص على مجموعة من البلورات التي تعرض حركية سريعة النمو حتى في درجة حرارة الغرفة، مثل Mof. عملية توليف كامل يمكن تقسيمها إلى الخطوات الإجمالية 3: ط) إنشاء الجمعية القطب سول سلائف، ثانيا) تحول في الحقل الكهربائي في وقت ظهور المجاميع مسبقاً (تبعاً لحجم الأنوية) لفترة زمنية إيداع ن المطلوب أوكلي الفيلم، وثالثاً) مغطس الفيلم الأنوية في سول السليفة للنمو وإينتيرجرووث لاحقاً. هذه العملية يمكن تكييفها لمجموعة من المواد البلورية. الشرط الوحيد هو معرفة الوقت التعريفي والحجم وكثافة الأنوية وزيتا المحتملة. يمكن الحصول على هذه المعلومات بوصف مورفولوجيا وكريستالينيتي من النواة من جل النمو من حيود تيم والالكترون وقياس زيتا المحتملة.

لتوليف ناجحة من الأفلام MOF عالية الجودة، وهناك ثلاثة اعتبارات حاسمة. (ط وينبغي) ترسب الغرواني الكهربي إلا بعد الوقت التعريفي. لهذا، من الضروري تحليل تطور الأنوية في سول السليفة التي الطيفية أو حيود أو التقنيات المجهرية. (ثانيا) ترسب الغرواني الكهربي للنواة خطوة حاسمة. في هذه الخطوة، ينبغي اختيار الوقت والجهد وترسب بعناية. جهد الذي مرتفع جداً أو ترسب وقت طويل جداً يمكن أن يؤدي إلى ترسب الفيلم نويات الكثيف، ويقلل النمو اللاحقة إلى فيلم MOF سميكة للأداء العام للغشاء. من ناحية أخرى، سوف يؤدي إلى حقل كهربائي صغير جهد صغيرة وقد يؤدي إلى الأفلام ذات النوعية الرديئة. (ثالثا) في الخطوة نمو البلورة، ينبغي أن يكون الوقت النمو طويلة بما فيه الكفاية لضمان درجة عالية إينتيرجروون الفيلم وزارة المالية الناجمة عن ذلك. إذا هي تنفد المغذيات في سول السليفة قبل الحصول على فيلم إينتيرجروون عالية، يمكن استخدامها سول السليفة طازجة.

ويبين الشكل 1a الركازة المستعبدين لمسرى Cu (الكاثود). ويوضح الشكل 1b الجمعية الموازية الكاثود والانود متصل بمصدر طاقة. أقطاب كهربائية مغمورة في جل سلائف لتوليف الفيلم MOF (الشكل 1 ج). بعد 4 دقائق من العوالق الأنوية، المدمجة، ويتم تشكيل 100 نانومتر سميكة زيف-8 أنوية الفيلم على دعم AAO، كما هو مبين في الأرقام 2 ألف و 2 باء. الفيلم يتكون من نواة زيف-8 بحجم متوسط لحوالي 40 نانومتر. زرد من الفيلم (الشكل 1 ج) التحقق من أن الفيلم نواة تتكون من بلورات زيف-8.

المدمجة، والغاية إينتيرجروون الفيلم زيف-8 مع سمك 500 نانومتر يتم إنشاؤها على دعم AAO بعد أن ترك الفيلم الأنوية في سول توليف ح 10 (3a الأرقام - 3 ج). فيلم زيف-8 أرق (360 nm) يتم إنشاؤها على دعم عموم المسامية (3d الأرقام - 3f). سمك الفيلم مختلفة يمكن أن يعزى إلى كثافة التنو غير متجانسة مختلفة قليلاً نظراً للاختلافات في حجم المسام في AAO ودعم عموم المليئة بالثغرات.

يتم اختبار منافذه الغاز الأغشية زيف-8 في الوحدة النمطية للغشاء هو مبين في الشكل 4. يبين الشكل 5 نتائج تخلل غاز واحد ح2CO2، ن2، الفصل4، ج3ح6وج3ح8 من زيف-8/AAO والأغشية زيف-8/PAN. يظهر الغشاء زيف-8/AAO ح2 منافذه مرتفعة إلى حد كبير من 8.3 × 10-6 مول م-2 s-1 السلطة الفلسطينية-1، وسيليكتيفيتيس مثالية من ح2/CO2ح2/N2، ح2 /CH4وح23ح6، ح23ح6وح23ح8 من 7.3 ± 0.3، 15.5 ± 1.4، 16.2 ± 1.4، 83.9 ± 7.4 و 2655 ± 131، على التوالي؛ أعلى بكثير من سيليكتيفيتيس كنودسن المقابلة. هذا الفصل عالية الأداء هو واحد من الأفضل بين الأغشية وزارة المالية، مما يعزى إلى طبقة انتقائية سامسونج (500 nm) وميزة تقريبا خالية من عيب في الغشاء. أيضا يظهر الغشاء زيف-8/AAO عال ج3ح6 منافذه من 9.9 × 10-8 جزئ m-2 s-1 السلطة الفلسطينية-1 مع انتقائية مثالي البروبيلين/البروبان من 31.6. يدعمها AAO، 500 نانومتر سميكة زيف-8 أفلام تظهر واحداً من أفضل العروض والانفصال لتنقية البروبيلين من غاز البروبين (مقارنة شاملة مع الأدب متاح في العمل الذي يقوم به أنه et al.) 10.

الغشاء زيف-8/عموم يظهر منافذه2 ح 6-1 × 10-7 مول م-2 s-1 السلطة الفلسطينية-1، وسيليكتيفيتيس مثالية ل/CO2ح2، ح2/CH4ح2، ح2/N23 ح6، ح23ح6وح23ح8 هي 3.3، 13.3، 11.4، 79.0 و 187. منافذه الغاز أقل من الغشاء زيف-8/عموم يرجع أساسا إلى مقاومة الغاز-النقل أعلى بكثير من دعم عموم مقارنة بالتي تدعم9من AAO.

وباختصار، نقدم بروتوكول بلورة استنساخه للأفلام MOF والأغشية. النهج الذي سن يسمح للباحثين التحكم بدقة في نويات غير متجانسة بتغيير الحقل الكهربائي ووقت الترسيب، حتى من حل سلائف مخفف. يمكن التحكم في نمو الفيلم بشكل مستقل عن طريق اختيار شروط مختلفة للنمو، ونتيجة لذلك يمكن تجميعها من الأغشية عالية الأداء.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgments

نعترف بمؤسستنا المنزل، مدرسة البوليتكنيك Fédérale دي لوزان، على دعمها السخي. هذا المشروع قد تلقي تمويلاً من أفق 2020 البحث الاتحاد الأوروبي في والابتكار برنامج تحت Skłodowska ماري كوري-منح الاتفاق رقم 665667. يشكر المؤلفون باسكال ألكسندر شووينك لمساعدته مع زرد.

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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics