Un approccio semplice, riproducibile e versatile per la sintesi delle membrane di metal-organic frameworks policristallino aderenti, su una vasta gamma di non modificato poroso e supporti non poroso è presentato.
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Articolo metodologico
Elettroforetica cristallizzazione delle membrane ultrasottile ad alte prestazioni Metal-organic frameworks
In questo articolo
Sommario
Abstract
Segnaliamo la sintesi delle membrane struttura metallo-organica (MOF) sottile, altamente aderenti, policristallino su una vasta gamma di supporti porosi e non porosi non modificati (polimeri, ceramica, metallo, carbonio e grafene). Abbiamo sviluppato una tecnica di cristallizzazione del romanzo, che è definita l'approccio ENACT: l'Assemblea di nuclei elettroforetica per la cristallizzazione di film sottili altamente aderenti (ENACT). Questo approccio consente un'alta densità di nucleazione eterogenea di MOF su un substrato selezionate tramite la deposizione elettroforetica (EPD) direttamente dal sol precursore. La crescita dei nuclei MOF ben imballati conduce ad una pellicola MOF policristallino altamente aderenti. Vi mostriamo questo semplice approccio può essere utilizzato per la sintesi di zeolite sottili, aderenti imidazolo framework (ZIF) -7 e film ZIF-8. Le membrane di ZIF-8 nm di spessore 500 risultante Visualizza un notevolmente elevata permeanza di2 H (8,3 x 10-6 mol m-2 s-1 Pa-1) e gas ideale selettività (7,3 per H2Co2, 15.5 per H2/n2, 16.2 per H2/CH4e 2655 per H2/c3H8). Una performance attraente per C3H6/c3H8 separazione è anche raggiunto (una C3H6 permeanza di 9,9 x 10-8 mol m-2 s-1 Pa-1 e C3H 6/c3H8 ideale selettività di 31,6 a 25 ° C). Nel complesso, il processo ENACT, a causa della sua semplicità, può essere esteso per sintetizzare aderenti pellicole sottili di una vasta gamma di materiali cristallini nanoporosi.
Introduzione
Sottili membrane di setacciamento molecolare offrono un'alta energia efficienza nella separazione di molecole e possono ridurre il costo complessivo della cattura di CO2 , depurazione delle acque, recupero solventi, combustibili, ecc.1,2. MOF sono una promettente classe di materiale per la sintesi delle membrane di setacciamento molecolare a causa della chimica sintetica isoreticular coinvolti e cristallizzazione relativamente semplice3. Fino ad oggi, MOF membrane è composto da diverse strutture cristalline, tra cui che ZIF-4, -7, -8, -9, -11, -67, -90 e -93 e UiO-66....
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Protocollo
Attenzione: Leggere attentamente le schede di sicurezza (MSDS) delle sostanze chimiche coinvolte. Alcuni dei prodotti chimici usati nell'esperimento sono tossici. Il presente metodo coinvolge la sintesi di nanoparticelle. Di conseguenza, prendere le opportune precauzioni. La procedura di sintesi intero deve essere eseguita in una cappa ben ventilata.
Nota: I dettagli degli strumenti, le sostanze chimiche e i materiali coinvolti nella sintesi dei film MOF sono elencati nella tabella 1.
1. preparazione di una soluzione di sale metallico e Linker soluzione per il Sol precursore
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Risultati
Un set-up EPD fatti in casa è stato utilizzato per sintetizzare le pellicole MOF (Figura 1). Scansione di immagini di microscopia elettronica (SEM) e diffrazione di raggi x (XRD) modelli sono stati raccolti per il film di nuclei di ZIF-8 (Figura 2). SEM è stato utilizzato all'immagine le morfologie di superficie ed a sezione trasversale di supporto AAO, membrana ZIF-8/AAO, supporto della vaschetta, membrana ZIF-8/PAN, film ZIF-8/.......
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Discussione
La caratteristica più rappresentative del metodo ENACT per quanto riguarda i metodi esistenti15 è che il metodo ENACT consente la sintesi di film MOF altamente aderenti, ultrasottile su una vasta gamma di substrati porosi e non porosi. Qualsiasi pretrattamento del substrato è evitato, rendendo questo metodo piuttosto semplice per la sintesi di film MOF. Anche se attrezzature EPD deve essere utilizzato per la deposizione di un film di nuclei, l'attrezzatura è composta di una fonte di alimentazione,.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
Ringraziamenti
Riconosciamo il nostro Istituto di appartenenza, il École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), per il suo generoso sostegno. Questo progetto ha ricevuto un finanziamento dell'Unione europea Horizon 2020 ricerca e programma di innovazione sotto il Marie Skłodowska-Curie di sovvenzione n. 665667. Gli autori ringraziano Pascal Alexander Schouwink per il suo aiuto con XRD.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Nitrato di zinco esaidrato | Sigma-Aldrich | 96482-500G | 98% di purezza |
| 2-metilimidazolo | Sigma-Aldrich | M50850-500G | 99% di purezza |
| Benzimidazolo | TCI | B0054-500G | 98% di purezza |
| Nastro | DuPont | KPT-1/8 | |
| Epossidico | GC Electronics | 19-823 | |
| Lamina di rame | Alfa Aesar | 13380.CV | purezza del 99,9% |
| per EPD | Gamry Instruments | Interface 1000E Potenziostat | |
| Pulitore ad ultrasuoni | MTI corporation | VGT-1860QTD | |
| AAO | GE Healthcare Life Sciences | 6809-7013 | |
| PAN | Shandong MegaVision | Il valore limite del peso molecolare è di 100 kDa |
Riferimenti
- Knebel, A., et al. Defibrillation of soft porous metal-organic frameworks with electric fields. Science. 358, 347-351 (2017).
- Brown, A. J., et al. Interfacial microfluidic processing of metal-organic framework hollow fiber membranes. Science....
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Ristampe e permessi
