향상 된 수 분 저항 금속-유기 프레임 워크의 표면 기능화

Summary

강력한 기능 catechol 코팅 한 단계 혐 기성 조건 하에서 합성 catechols와 동아로 알려진 자료의 직접 반응에 의해 생산 되었다. 전체 크리스탈 주변 동종 코팅의 형성은 결정의 외부 표면에 Cu(II) 이합체의 생체 모방 촉매 활동을 관찰 작용.

Abstract

금속 유기 기구 (MOFs)는 가스 저장 및 분리, 촉매 및 감지에서 유망한 속성 다공성 무기 재료의 종류 이다. 그러나, 그들의 적용을 제한 하는 주요 문제는 다습 한 조건에서 그들의 빈약한 안정성 이다. 이 문제를 해결 하는 일반적인 방법 포함 강한 금속 링커의 형성을 사용 하 여 높은 금속, 청구는 구조, 합성 후 수정 (PSM)에 의해 프레임 워크에 대 한 alkylic 그룹의 소개의 수 제한 또는 화학 수증기 년 증 착 (CVD) 프레임 워크의 전체 hydrophobicity를 향상 시키기 위해 이 마지막 두 일반적으로 물자의 다공성의 급격 한 감소를 자극합니다. 이 전략 이미 사용할 수 있는 MOF의 속성을 악용 하는 허용 하지 않습니다 그리고 그것은 그들의 속성을 그대로 유지 하면서 물에 MOFs의 안정성을 강화 하는 새로운 방법을 찾기 위해 필수적입니다. 여기, 우리 보고 MOF 결정 갖춘 Cu₂(O₂C)₄ 패 륜, 동아 (동아 스탠드 어디 홍콩 과학 기술 대학), 등와 단위는 catechols의 물 안정성을 향상 시키기 위해 새로운 방법 플 루 오로 알 킬 및 알 킬 사슬으로 기능성. 복용 함으로써 불포화 금속 사이트의 이용 및 Cu^II 이온의 촉매 catecholase와 같은 활동, 우리는의 표면에 산화 및 catechol 단위의 후속 중 합을 통해 강력한 소수 성 코팅을 만들 수는 프레임 워크의 기본 구조를 방해 하지 않고 물 없는 혐 기성 조건에서의 결정 이 이렇게 향상 된 물 안정성과 자료 제공 뿐만 아니라 또한는 흡착에 대 한 기능성 코팅의 개발 및 휘발성 유기 화합물의 분판 보호 코팅의 기능 제어를 제공 합니다. . 우리는이 접근도 연장 하실 수 있는 다른 불안정 한 MOFs 금속 사이트 오픈을 갖춘 자신 있다.

Introduction

금속 유기 기구는 일반적으로 보조 건물 단위 (SBUs), polytopic coordinative 채권을 통해 유기 ligands에 의해 함께 개최 라는 무기 금속 구성 요소에서 건설 하는 결정 다공성 물질의 클래스 이다. 이러한 자기 조립의 유기 링커 함께 SBUs 수 매우 높은 표면 영역으로 확장 된 3 차원 다공성 구조의 형성 및 유망한 응용 분야의 가스 저장 및 분리^1,2, 촉매 및 감지³. 그러나, 그들의 적용에 대 한 주요 제한 그들의 대부분 통합 정한 조정 채권, 클래식에 있어서 그 결과 그들의 구조에서 divalent 금속 물^4,5에서 그들의 빈약한 안정성은 MOF-5⁶또는 동아⁷같은 재료.

이 문제를 해결 하기 위해 일반적인 접근 포함 한 한편으로, 더 강한 조정의 창조 채권 고도로 청구 금속, Zr 또는 Ti(IV)를 사용 하 여 기본 N-기증자 ligands^7,8 또는 ligands 산 통합 그리고 기본 사이트⁹. 그러나,이 메서드는 새로운 자료에 제한 되며 MOFs 이미 사용할 수의 안정성을 향상 시키기 위해 허용 하지 않습니다. 다른 한편으로, 이미 알려진된 재료의 안정성 향상을 위해 접근 방법을 사용 하 여 포스트 합성 수정 링커^{10,11의 포스트 합성 수정 하 여 빈 공간에 소수 moieties 소개 하} 또는 화학 수증기 공 술 서 (CVD)¹². 불행 하 게도, 이러한 메서드의 안정성 물자의 다공성에 정교한 계기의 사용의 급격 한 감소의 비용에 온다. 또한 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphate (DOPA)¹³ 또는 n-octadecylphosphonic 산 (OPA)¹⁴, 알려진된 Zr(IV) MOFs의 hydrophobicity를 얻으며 같은 수정된 phosphonic 산의 최근 사용을 강조 표시 합니다.

Catechol 화합물, 도파민, 등 functionalize polydopamine¹⁵의 형성을 통해 재료의 광범위 한 범위를 광범위 하 게 사용 되었습니다. 그러나, 이러한 코팅의 형성 정한 채권 MOFs 적합 하지 않은 약간 기본 솔루션에 대 한 수성 버퍼 솔루션의 사용에 제한 됩니다. Bortoluzzi 외. 최근 그 polydopamine 솔루션에서 연상 catecholase 같은 촉매 활동을 표시 하는 촉매¹⁶ 센터 Cu₂(μ O)를 갖춘 binuclear Cu(II) 복잡 한 제작 될 수 있습니다 보고 자연의 catechol 산화 효소¹⁷ tyrosinase¹⁸등 효소. 최근에, 우리는 어떻게 MOF Cu(II) 패 륜 SBUs trimesate 링커, 동아로 알려진 통해 연결에 따라 보호 될 수 있다 가수분해 저하에서 기능성된 catechols, 4-hepatdecyl-catechol (hdcat) 등의 중 합에 의해 나타났습니다. 또는 불-4-undecylcatechol (fdcat),¹⁹결정 표면에. 이 간단한 방법을 증명 얼마나 효율적 기능성 코팅은 catechol의와 생체 모방으로 인해 프레임 워크의 안정성을 손상 시킬 수 있는 버퍼 솔루션의 사용 없이 기능에 온화한 조건 하에서 종합 될 수 Cu(II) 단위의 촉매 활동입니다. 우리는이 새로운 방법 있도록, 가수분해 강 직에서 보호 하는 외 수 카이 랄 분자 또는 휘발성 유기 화합물의 선택적 흡착 기능성 코팅의 형성을 활성화 수 믿습니다.

Protocol

1입니다. Hdcat@HKUST의 합성 절차 참고: 전체 프로세스 수행 되어야 합니다 장갑 상자 안에 주변 습기와 접촉을 피하기 위하여. 따라서, 모든 시 약 및 용 매 사용은 건조 하 고 장갑 상자에 저장 되어야 합니다. 글러브 박스에는 오픈 4 mL 유리 유리병, 2 개의 주걱과 1 mL micropipette를가지고. 유리 병에 hdcat의 50 밀리 그램을 전송 합니다.참고: 일부 경우에는 정전기 …

Representative Results

모든 시 약 및 재료 글러브 박스에 저장 하 고 달리 명시 되지 않는 모든 더 정화 없이 받은 사용 했다. 전체 프로세스 코팅된 소재를 저하 수 있는 습도와 접촉을 피하기 위해 장갑 상자에서 수행 됩니다. 실험 중 재현성을 위해 40-50 µ m (그림 1)에 가까운 평균 입자 크기와 상용 동아 사용 했다 이전 연구 ?…

Discussion

이 작품에서 보고 하는 방법을 제공 합니다 간단 하 고 효과적인 접근 MOF 결정의 표면 처리에 대 한 가벼운 조건에 관계 없이 합성 catechols와 직접 반응 하 여 체인의 기능을. Polydopamine와 같은 코팅 생산의 전통적인 접근, 달리 무수 하 고 혐 기성 조건에서 및 MOF의 안정성을 손상 시킬 수 있는 어떤 기본 추가 없이이 경로 수행할 수 있습니다. 메탄올과 클로 프롬에 처음 이전 작품^14</sup…

Materials

Basolite C-300	Sigma-Aldrich	688614	Commercial HKUST
Anhydrous Methanol (99.8%)	Sigma-Aldrich	322415
Anhydrous Chloroform (>99%)	Sigma-Aldrich	288306
Mettler Toledo TGA/SDTA 851	Mettler Toledo		Thermogravimetric Analyser
Agilent Cary 630 FTIR	Agilent		FT-IR Spectrophotometer, ATR Module
PANalytical X’Pert Pro	PANalytical		Powder XRD Diffractometer
AUTOSORB-6 apparatus	Quantachrome		Nitrogen Isotherms were carried out with this equipment. Activation of the samples was carried out under dynamic vacuum at 170 °C. Performed by the technical service of Universitat d'Alacant.
K-Alpha X-ray photoelectron spectrometer system	Thermo-Scientific		Analysis were performed at the X-Ray unit of the Universitat d'Alacant
FEI Quanta 650 FEG scanning electron microscope	Fisher Scientific		Used to observe partcle morphologies and dimensions