增强型氟烷烃的化学气相沉积等离子通过疏水金属 - 有机骨架的制备氨的去除

Summary

本文中的程序，在微孔材料，如金属 – 有机骨架，以提高它们的稳定性和疏水性的全氟烃的等离子体增强化学气相沉积进行了描述。此外，样品的毫克量的突破试验进行详细说明。

Abstract

等离子体增强化学汽相全氟烷烃的沉积（PECVD）一直被研究用于调谐表面的润湿性能。对于高比表面积微孔材料，如金属 – 有机骨架（MOFs），独特的挑战提出自己的PECVD治疗。在此协议为财政部这是以前不稳定，在潮湿条件下的发展呈现。该协议描述的Cu-BTC（也称为科-1），Cu-BTC中的治疗用PECVD全氟烷烃的，潮湿的条件下材料的老化，并在微孔材料的毫克量的后续氨microbreakthrough实验的合成。 Cu-BTC中具有非常高的表面积（〜1800米² / g）的比较时大多数材料或表面是先前已经通过PECVD方法治疗。如腔室压力和处理时间的参数是非常重要的，以确保全氟烷血浆渗入和反应s的内MOF表面。此外，可用于各种试验气体和微孔材料的协议，用于阐述在这里氨microbreakthrough实验。

Introduction

金属-有机骨架（MOFs）已成为有毒气体去除^1-3多孔材料的领先级。 MOFs材料具有前所未有的能力来定制功能进行有针对性的化学作用。的Cu-BTC（也称为科-1或Cu _{3（BTC）2）}以前已经发现有异常高的氨负荷，但是，这是在该材料的结构稳定性⁴成本。在Cu-BTC进一步的研究表明，湿气本身是能够降解的MOF的结构，使之失效的许多潜在的应用^5,6,21。含MOFs材料在水的液体或高湿度存在一定的羧酸盐的结构不稳定性一直是一个很大的威慑力在商业或工业应用⁷使用。

这将是最为理想的用于化学去除具有内在的稳定性湿度的存在MOFs材料。然而，许多莫FS具有超强的稳定性，如UIO-66，拥有化学去除能力较差，而许多MOFs材料与金属的开放等网站MOF-74和Cu-BTC中具有优越的耐化学去除能力^2,4,8,9。在MOF-74和Cu-BTC的开口的金属部位提高有毒气体，如氨的吸收，但这些位点也容易结合水，中毒的活性位点，并在许多情况下导致结构损坏。为了保存的水财政部不稳定的化学性质，各种尝试，以提高MOFs材料的水稳定性而制定的。 MOF-5的已被证明具有增强的后热处理耐湿性，通过创建围绕MOF的碳质层，但是，增加的疏水性是在表面积为代价，并最终功能^10。 MOF-5也已经显示出具有其水稳定性通过掺杂Ni ^{2 +}的离子¹¹增加。此外，1,4 – 二氮杂双环[2.2.2]辛烷包含ING MOFs材料（也称为DMOFs）已被用于通过各种侧基的1,4 -苯二羧酸连接器^12,13掺入展现水稳定性的调整。

缺乏某些MOFs材料的水稳定性，特别那些具有高毒性气体吸收，导致全氟烷烃的使用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）向MOF的表面上创建氟化基团，以增加其疏水性^14。这种技术提供了独特的益处，它可用于改变包含芳香族氢，以及MOFs材料的内表面上的其它潜在的官能团的任何MOF。然而，该技术可以是难以控制由于高度反应性自由基的等离子体的形成。的基团，不仅与芳香族的氢原子发生反应，也可与CF _的X基团已经反应到MOF表面。小心控制的程序是必要的，以确保孔径BLOckage不会发生，渲染财政部无效的。这一技术已被用于其他改变碳材料的润湿性能，但是，就我们所知，它以前从未被用来提高微孔材料的水稳定性^15,16。

Protocol

1。 Cu-BTC中的合成与制备搅拌12.5毫升的去离子水并在100毫升12.5毫升二甲基甲酰胺螺旋盖瓶为约5分钟。 加0.87克（3.6毫摩尔）铜（II）三水合物接着0.50克均苯三酸（2.4毫摩尔）在罐中的溶液，并搅拌约5分钟。该解决方案将颜色变成蓝色。放置在预热的烘箱中加帽的瓶子在120℃下进行约24小时。 从烤箱中取出瓶子里。一旦瓶子冷却至室温后，通过使用额定收回晶体大于或等于2.5…

Representative Results

内的有代表性的结果，作者选择了要显示的Cu-BTC的4小时在0.30毫巴的压力，并具有处理过的50瓦金属有机骨架的等离子体功率处理用六氟乙烷（C 2 F 6），0.50克样品的特性在适当的条件下全氟离子应显示增强的疏水性。这可以通过将粉末上的液态水顶部和如果样品浮筒或测量接触角水对压片如图1中看到的确定来证明。对于Cu-BTC中和的C 2 F 6等离子处?…

Discussion

Cu-BTC中的合成中，如在大多数MOFs材料，可以在很大程度上依赖于所用反应物的比例和合成进行的温度。改变在合成中使用的温度或溶剂已被证明能产生MOF结构²⁰的不同的形态。因此它具有很强的重要性跟随阐述在文献中对于任何MOF所合成的过程。此外，应该在选择容器中进行的合成考虑了反应物，溶剂和合成条件。 MOFs材料尺寸范围可以从一种材料到下一个，但Cu-BTC中具有非常细的晶体?…

Materials

Name of Material/ Equipment	Company	Catalog Number	Comments/Description
Copper (II) Nitrate Trihydrate	Sigma-Aldrich	61194
Trimesic acid	Sigma-Aldrich	482749
Ethanol	Sigma-Aldrich	130147
Dimethyl Formamide	Sigma-Aldrich	319937
Dichloromethane	Sigma-Aldrich	187332
Hexafluoroethane	Synquest Labs	1100-2-05
Femto-Plasma System	Diener Electronic	Basic unit type B
Plasma Generator	Diener Electronic	Type D	0-100 W at 13.56 MHz
Rotary Vane Pump for Plasma System	Leybold	D16BCS PFPE	Appropriate for corrosive gases
Powder Treatment Device	Diener Electronic	Option 5.9	Glass bottle and rotating devise within plasma system
Environmental Chamber	Associated Environmental Systems	HD-205
Gas Chromatograph	Hewlet Packard	HP5890 Series II
Photoionization Detector	O-I Analytical	4430/5890
Photoionization Detector Lamp	Excilitis	FK-794U
Water bath	NESLAB	RTE-111
Fritted glass tubes	CDA Analytical	MX062101	Dynatherm sampling tubes