إعداد أطر مسعور المعدنية العضوية عبر البلازما المحسن ترسيب الأبخرة الكيميائية من Perfluoroalkanes لإزالة الأمونيا
Summary
هنا يتم وصف إجراءات البلازما تعزيز ترسيب الأبخرة الكيميائية من perfluoroalkanes على المواد الصغيرة التي يسهل اختراقها مثل الأطر المعدنية العضوية لتعزيز الاستقرار وللا مائية. وعلاوة على ذلك، وصفت اختبار اختراق كميات مليغرام من العينات في التفاصيل.
Abstract
منذ فترة طويلة ودرس البلازما تعزيز ترسيب الأبخرة الكيميائية (PECVD) من perfluoroalkanes لضبط خصائص ترطيب الأسطح. للمواد الصغيرة التي يسهل اختراقها مساحة السطح العالية، مثل الأطر المعدنية العضوية (موفس)، تحديات فريدة من نوعها تقدم نفسها للعلاجات PECVD. هنا يتم تقديم بروتوكول لتطوير وزارة المالية التي كانت غير مستقرة في السابق لظروف الرطبة. يصف بروتوكول تركيب النحاس وBTC (المعروف أيضا باسم HKUST-1)، ومعاملة النحاس وBTC مع PECVD من perfluoroalkanes، شيخوخة المواد تحت الظروف الرطبة، والتجارب اللاحقة الأمونيا microbreakthrough على كميات مليغرام من المواد الصغيرة التي يسهل اختراقها. مكعب-BTC تبلغ مساحتها السطحية عالية جدا (~ 1،800 م 2 / ز) بالمقارنة مع معظم المواد أو الأسطح التي تم التعامل من قبل وسائل PECVD. المعلمات مثل ضغط الغرفة ووقت العلاج هي في غاية الأهمية لضمان تخترق البلازما perfluoroalkane لوالردق مع الأسطح الداخلية وزارة المالية. وعلاوة على ذلك، وبروتوكول للتجارب microbreakthrough الأمونيا المنصوص عليها هنا يمكن أن تستخدم لمجموعة متنوعة من الغازات اختبار والمواد الصغيرة التي يسهل اختراقها.
Introduction
أصبحت الأطر المعدنية العضوية (موفس) فئة الرائدة في مجال مواد مسامية لإزالة الغازات السامة 1-3. موفس لديها قدرة غير مسبوقة لتصميم وظائف لاستهداف التفاعل الكيميائي. مكعب-BTC (المعروف أيضا باسم HKUST-1 أو النحاس 3 (BTC) 2) وقد وجد سابقا أن يكون هناك مرتفعة بشكل استثنائي الأمونيا التحميل، ولكن هذا هو بتكلفة الاستقرار الهيكلي المادة 4. وقد أشارت دراسات أخرى على النحاس وBTC أن الرطوبة نفسها قادرة على المهينة هيكل وزارة المالية، وجعلها غير فعالة للعديد من التطبيقات المحتملة 5،6،21. كان عدم الاستقرار الهيكلي بعض الكربوكسيل تحتوي على موفس في وجود الماء السائل أو الرطوبة العالية رادعا رئيسيا للاستخدام في التطبيقات التجارية أو الصناعية 7.
سيكون من الأكثر مثالية لموفس تستخدم لإزالة المواد الكيميائية لتحقيق الاستقرار المتأصلة في وجود الرطوبة. ومع ذلك، فإن العديد MOخ مع الاستقرار متفوقة، مثل عيش-66، لديها قدرات الفقراء إزالة المواد الكيميائية، في حين أن العديد موفس مع مواقع المعادن مفتوحة مثل MOF-74 والنحاس وBTC ديك قدرات متفوقة إزالة الكيميائية 2،4،8،9. مواقع المعادن مفتوحة في MOF-74 والنحاس وBTC تعزيز امتصاص الغازات السامة مثل الأمونيا، ولكن هذه المواقع هي أيضا عرضة للمياه ملزمة، تسميم المواقع المفعلة وفي كثير من الحالات يؤدي إلى انهيار الهيكلية. من أجل الحفاظ على الخصائص الكيميائية للمياه غير مستقر وزارة المالية، وقد بذلت محاولات مختلفة لتعزيز الاستقرار المياه من موفس. وقد تبين MOF-5 أن يكون هناك تحسين في مقاومة الرطوبة على المعالجة الحرارية، من خلال خلق طبقة كربونية حول وزارة المالية، إلا أن زيادة للا مائية هي على حساب مساحة السطح وظائف في نهاية المطاف 10. وقد تبين أيضا MOF-5 لديك زيادة hydrostability من خلال المنشطات مع ني 2 + أيونات 11. علاوة على ذلك، 1،4-diazabicyclo [2.2.2] اوكتان تحتوي علىوقد استخدمت موفس جي (المعروف أيضا باسم DMOFs) لإظهار ضبط الاستقرار المياه من خلال دمج المجموعات المختلفة على قلادة dicarboxylate رابط 1،4-البنزين 12،13.
عدم وجود hydrostability بعض من موفس، وتحديدا تلك التي مع ارتفاع امتصاص الغازات السامة، مما أدى إلى استخدام البلازما تعزيز ترسيب الأبخرة الكيميائية (PECVD) من perfluoroalkanes لإنشاء مجموعات المفلورة على أسطح وزارة المالية لزيادة للا مائية لها 14. هذا الأسلوب يوفر فائدة الفريدة التي يمكن استخدامها لتغيير أي MOF التي تحتوي على الهيدروجين العطرية، فضلا عن المجموعات الوظيفية المحتملة الأخرى على الأسطح الداخلية للموفس. ومع ذلك، يمكن للتقنية أن يكون من الصعب السيطرة عليها بسبب تشكيل الجذور شديدة التفاعل في البلازما. الجذور تتفاعل ليس فقط مع ذرات الهيدروجين العطرية، ولكن أيضا مع CF خ مجموعات ردت بالفعل على أسطح وزارة المالية. تحكم دقيق لإجراء ضروري لضمان BLO المسامckage لا يحدث، مما يجعل وزارة المالية غير فعالة. وقد استخدمت هذه التقنية من قبل الآخرين لتغيير خصائص ترطيب للمواد الكربون، ولكن على حد علمنا انه لم يسبق استخدامها لتعزيز hydrostability المواد الصغيرة التي يسهل اختراقها 15،16.
Protocol
Representative Results
Discussion
تركيب النحاس وBTC، كما هو الحال في معظم موفس، يمكن أن تعتمد بشكل كبير على نسبة المواد الداخلة في التفاعل المستخدمة ودرجة الحرارة ويتم تركيب بها في. متفاوتة وقد تبين أن درجة الحرارة أو المذيبات المستخدمة في التوليف لإنتاج الأشكال التضاريسية مختلفة من هيكل وزارة المالي…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
المؤلفان بالشكر إلى وكالة الدفاع لتقليص التهديد لتمويل المشروع تحت رقم BA07PRO104، مارتن سميث، كورين ستون، وكولين ويليس من مختبر علوم وتكنولوجيا الدفاع (DSTL) لخبرتهم في انخفاض ضغط تكنولوجيا البلازما، وماثيو Browe ويسلي جوردون من مركز إدجوود الكيميائية البيولوجية (ECBC) لاختبار microbreakthrough وقياسات زاوية الاتصال، على التوالي.
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 |
Referências
- 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).
- Glover, T. G., Peterson, G. W., Schindler, B. J., Britt, D., Yaghi, O. MOF-74 building unit has a direct impact on toxic gas adsorption. Chem. Eng. Sci. 66, 163-170 (2011).
- Britt, D., Tranchemontagne, D., Yaghi, O. M. Metal-organic frameworks with high capacity and selectivity for harmful gases. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105, 11623-11627 (2008).
- Peterson, G. W., et al. Ammonia Vapor Removal by Cu(3)(BTC)(2) and Its Characterization by MAS. NMR. J. Phys. Chem. Nanomater. Interfaces. 113 (3), 13906-13917 (2009).
- Gul-E-Noor, F., et al. Effects of varying water adsorption on a Cu(3)(BTC)(2) metal-organic framework (MOF) as studied by (1)H and (13)C solid-state NMR spectroscopy. Phys. Chem. Chem. Phys. 13 (3), 7783-7788 (2011).
- DeCoste, J. B., et al. The effect of water adsorption on the structure of the carboxylate containing metal-organic frameworks Cu-BTC, Mg-MOF-74, and UiO-66. J. Mater. Chem. , (2013).
- Küsgens, P., et al. Characterization of metal-organic frameworks by water adsorption. Microporous and Mesoporous Mater. 120, 325-330 (2009).
- Cavka, J. H., et al. A New Zirconium Inorganic Building Brick Forming Metal Organic Frameworks with Exceptional Stability. J. Am. Chem. Soc. 130, 13850-13851 (2008).
- DeCoste, J. B., et al. Stability and degradation mechanisms of metal-organic frameworks containing the Zr6O4(OH)4 secary building unit. J. Mater. Chem. A. 1, 5642-5650 (2013).
- Yang, S. J., Park, C. R. Preparation of Highly Moisture-Resistant Black-Colored Metal Organic Frameworks. Adv. Mater. 24, 4010-4013 (2012).
- Li, H., et al. Enhanced Hydrostability in Ni-Doped MOF-5. Inorg. Chem. 51, 9200-9207 (2012).
- Jasuja, H., Huang, Y. -. g., Walton, K. S. Adjusting the Stability of Metal – Organic Frameworks under Humid Conditions by Ligand Functionalization. Langmuir. 28, 16874-16880 (2012).
- Jasuja, H., Burtch, N. C., Huang, Y. -. g., Cai, Y., Walton, K. S. Kinetic Water Stability of an Isostructural Family of Zinc-Based Pillared Metal – Organic Frameworks. Langmuir. 29, 633-642 (2012).
- Decoste, J. B., Peterson, G. W., Smith, M. W., Stone, C. A., Willis, C. R. Enhanced Stability of Cu-BTC MOF via Perfluorohexane Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition. J. Am. Chem. Soc. 134, 1486-1489 (2012).
- Bradley, R. H., Smith, M. W., Andreu, A., Falco, M. Surface studies of novel hydrophobic active carbons. Appl. Surf. Sci. 257, 2912-2919 (2011).
- Poire, E., et al. Modification of active carbon by hydrophobic plasma plymers. Plasma Deposition of Polymeric Thin Films. 54, 185-196 (1994).
- Hozumi, A., Takai, O. Preparation of ultra water-repellent films by microwave plasma-enhanced CVD. Thin Solid Films. 303 (97), 222-225 (1997).
- Dolbier, W. R. . Guide to Fluorine NMR for Organic Chemists. , (2009).
- Maricq, M. M., Waugh, J. S. NMR IN ROTATING SOLIDS. J. Chem. Phys. 70, 3300-3316 (1979).
- Kim, M., Cahill, J. F., Su, Y., Prather, K. A., Cohen, S. M. Postsynthetic ligand exchange as a route to functionalization of ‘inert’ metal-organic frameworks. Chem. Sci. 3, 126-130 (2012).
- d’Agostino, R., et al. . Advanced Plasma Technology. , (2008).
- DeCoste, J. B., et al. The effect of water adsorption on the structure of the carboxylate containing metal-organic frameworks Cu-BTC, Mg-MOF-74, and UiO-66. J. Mater. Chem. A. , (2013).
