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Article de méthode

Préparation de hydrophobes cadres métal-organiques via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition de perfluoroalcanes pour l'enlèvement de l'ammoniac

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DOI :

10.3791/51175

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10 octobre 2013

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Dans cet article

Résumé

Ici, les procédures de dépôt par plasma chimique en phase vapeur sur des perfluoroalcanes matériaux microporeux tels que les cadres organo-métalliques pour améliorer leur stabilité et leur caractère hydrophobe sont décrites. En outre, les essais de percée de quelques milligrammes d'échantillons est décrite en détail.

Résumé

Plasma dépôt chimique en phase vapeur (PECVD) d'perfluoroalcanes a longtemps été étudié pour le réglage des propriétés de mouillage de surfaces. Pour les matériaux microporeux de grande surface, comme les cadres métallo-organiques (MOF), des défis uniques se présentent pour les traitements PECVD. Ici, le protocole pour le développement d'un MOF qui était auparavant instable à des conditions humides est présentée. Le protocole décrit la synthèse de Cu-BTC (également connu sous le nom HKUST-1), le traitement de la Cu-BTC avec PECVD de perfluoroalcanes, le vieillissement des matériaux dans des conditions humides, et des expériences de l'ammoniac de microbreakthrough ultérieures sur la quantité du milligrammes de matières microporeuses. Cu-BTC a une aire de surface extrêmement élevée (~ 1 800 m 2 / g) par rapport à la plupart des matériaux ou des surfaces qui ont été préalablement traités par des procédés PECVD. Des paramètres tels que la pression de la chambre et le temps de traitement sont extrêmement importants pour assurer le plasma perfluoroalkane pénètre et réagirs avec les surfaces intérieures MOF. En outre, le protocole pour les expériences de microbreakthrough d'ammoniac indiquées ici peut être utilisé pour une variété de gaz d'essai et de matériaux microporeux.

Introduction

cadres en métal-organique (MOF) sont devenus une classe dirigeante de matériaux poreux pour l'élimination des gaz toxiques 1-3. MOF ont une capacité sans précédent d'adapter la fonctionnalité d'interaction chimique ciblée. Cu-BTC (également connu sous le nom HKUST-1 ou Cu 3 (BTC) 2) a déjà été trouvé pour avoir une charge d'ammoniac exceptionnellement élevé, mais c'est au prix de la stabilité structurelle du matériau 4. D'autres études sur Cu-BTC ont indiqué que l'humidité elle-même est capable de dégrader la structure MOF, rendant inefficace pour de nombreuses applications potentielles 5,6,....

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Protocole

Une. Cu-BTC Synthèse et préparation

  1. Incorporer 12,5 ml d'eau déminéralisée et 12,5 ml de diméthylformamide dans 100 ml bouchon à vis pot pendant environ 5 min.
  2. Ajouter 0,87 g (3,6 mmol) de cuivre (II) de trihydrate de nitrate, suivi par 0,50 g (2,4 mmol) d'acide trimésique à la solution dans la fiole et on agite pendant environ 5 min. La solution devient bleu en couleur. Placez le pot couvert dans un four préchauffé à 120 ° C pendant environ 24 heures.
  3. Retirez le bol du four. Une fois que la fiole est refroidi jusqu'à la température ambiante, récupérer les cristaux de Cu-BTC par filtration sous vide en utilisant un papier fi....

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Résultats

Dans les résultats représentatifs les auteurs ont choisi d'afficher les caractéristiques d'un échantillon de 0,50 g de Cu-BTC traité avec l'hexafluoroéthane (C 2 F 6) pendant 4 heures à une pression de 0,30 mbar et une puissance de plasma de 50 W. MOFs traités avec un plasma perfluoroalkane dans des conditions appropriées, devrait afficher hydrophobie renforcée. Ceci peut être démontré en plaçant la poudre sur le dessus de l'eau liquide et à déterminer si les flotteurs d'é.......

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Discussion

La synthèse de Cu-BTC, comme dans la plupart des ministères des Finances, peut être fortement dépendante du rapport des réactifs utilisés et la température de la synthèse est effectuée à. Variable a été montré que la température ou le solvant utilisé dans la synthèse pour produire des morphologies différentes d'une structure MOF 20. Par conséquent, il est d'une importance forte pour suivre la procédure décrite dans la littérature pour tout MOF synthétisé. En outre, on doit considérer les réactifs, les.......

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Déclarations de divulgation

Les auteurs déclarent qu'ils n'ont aucun intérêt financier concurrents.

Remerciements

Les auteurs remercient la Defense Threat Reduction Agency pour le financement sous le numéro de projet BA07PRO104, Martin Smith, Corrine pierre, et Colin Willis du Laboratoire des sciences et technologies de la défense (DSTL) pour leur expertise dans la technologie plasma basse pression, et Matthew Browe et Wesley Gordon de Edgewood Chemical Biological Center (SECB) pour les tests de microbreakthrough et des mesures d'angle de contact, respectivement.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Nitrate de cuivre (II) TrihydratéSigma-Aldrich61194
Acide trimésiqueSigma-Aldrich482749
ÉthanolSigma-Aldrich130147
DiméthylformamideSigma-Aldrich319937
DichlorométhaneSigma-Aldrich187332
HexafluoroéthaneSynquest Labs1100-2-05
Système femto-plasmaDiener ElectronicUnité de base de type B
Générateur de plasmaDiener ElectronicType D0-100 W à 13,56 MHz
Pompe à palettes rotatives pour système plasmaLeyboldD16BCS PFPEApproprié pour les gaz corrosifs
Dispositif de traitement des poudresDiener ElectronicOption 5.9Bouteille en verre et appareil rotatif dans le système plasma
Chambre environnementaleAssociated Environmental SystemsHD-205
Chromatographe en phase gazeuseHewletPackard HP5890 Série II
Détecteur de photoionisationO-I Analytique 4430/5890
Détecteur de photoionisation LampeExcilitisFK-794U
NESLABRTE-111
Tubes en verre frittéCDA Tubes d’échantillonnage MX062101Dynatherm
Bain-marie

Références

  1. Montoro, C., et al. Capture of Nerve Agents and Mustard Gas Analogues by Hydrophobic Robust MOF-5 Type Metal-Organic Frameworks. J. Am. Chem. Soc. 133, 11888-11891 (2011).
  2. Glover, T. G., Peterson, G. W., Schindler, B. J., Britt, D., Yaghi, O.

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Réimpressions et autorisations

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