मिल के Solvothermal संश्लेषण-९६ और यूिो-६६-परमाणु परत पर एनएच2 जमा फाइबर मैट पर धातु ऑक्साइड कोटिंग्स
Summary
धातु कार्बनिक चौखटे गैस भंडारण और विषम catalysis में प्रभावी रहे हैं, लेकिन ठेठ संश्लेषण ढीला पाउडर है कि स्मार्ट सामग्री में शामिल करने के लिए मुश्किल हो जाता है तरीकों में परिणाम । हम solvothermal संश्लेषण के दौरान कपड़े पर MOF की अनुरूप फिल्मों में जिसके परिणामस्वरूप, एलड धातु आक्साइड के साथ पहली कोटिंग कपड़े की एक विधि का प्रदर्शन ।
Abstract
धातु कार्बनिक चौखटे (MOFs), जो प्रतिक्रियाशील धातु समूहों और कार्बनिक बड़े porosities और सतह क्षेत्रों के लिए अनुमति लाइगैंडों, गैस सोखना, जुदाई, और catalysis में कारगर साबित किया है शामिल हैं । MOFs सबसे अधिक थोक पाउडर के रूप में संश्लेषित कर रहे हैं, उन्हें कार्यात्मक उपकरणों और कपड़े कि पाउडर porosity और सोखना क्षमता को कम करने का जोखिम के लिए उन्हें पालन करने के लिए अतिरिक्त प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है. यहां, हम धातु ऑक्साइड फिल्मों परमाणु परत जमाव (एलड) का उपयोग कर के साथ पहली कोटिंग कपड़े की एक विधि का प्रदर्शन । इस प्रक्रिया में प्रत्येक फाइबर पर नियंत्रणीय मोटाई के अनुरूप फिल्मों बनाता है, जबकि MOF nucleation के लिए एक अधिक प्रतिक्रियाशील सतह प्रदान करते हैं । solvothermal MOF संश्लेषण के दौरान समाधान में एलड लेपित कपड़े को विलय करके, MOFs एक अनुरूप बनाने, तंतुओं पर अच्छी तरह से पालन कोटिंग, एक MOF कार्यात्मक कपड़े में जिसके परिणामस्वरूप, अतिरिक्त आसंजन सामग्री है कि ब्लॉक कर सकते हैं बिना MOF pores और कार्यात्मक साइटों । यहाँ हम दो solvothermal संश्लेषण विधियों का प्रदर्शन. सबसे पहले, हम एक मिल-96 (अल) के लिए सिंथेटिक शर्तों कि MOF को धातु ऑक्साइड परिवर्तित का उपयोग कर फाइबर पर परत । अलग मोटाई, अकार्बनिक में कार्बनिक linker के प्रसार के प्रारंभिक अकार्बनिक फिल्मों का प्रयोग हमें कपड़े पर MOF लदान की हद तक नियंत्रित करने के लिए अनुमति देता है । दूसरा, हम यूिो-६६-एनएच2 का एक solvothermal संश्लेषण करते हैं जिसमें पॉलियामाइड-6 (PA-6) तंतुओं पर अनुरूप धातु ऑक्साइड कोटिंग पर MOF nucleates, जिससे कपड़े पर MOF की एक समान और अनुरूप तनु फिल्म का निर्माण होता है । जिसके परिणामस्वरूप सामग्री सीधे फिल्टर उपकरणों या सुरक्षात्मक कपड़ों में शामिल किया जा सकता है और ढीला पाउडर के maladroit गुणों को खत्म ।
Introduction
धातु कार्बनिक चौखटे क्रिस्टलीय प्रतिक्रियाशील धातु क्लस्टर कार्बनिक अणु लिंकर्स द्वारा पाटने के लिए बड़े porosities और सतह क्षेत्रों प्रदान केन्द्रों से मिलकर संरचनाएं हैं । उनकी संरचना, porosity, और कार्यक्षमता के रूप में उच्च ७,००० एम2/gMOF1,2के रूप में क्षेत्रों की सतह के लिए अग्रणी, उपयुक्त समूहों और linkers का चयन करके डिजाइन किया जा सकता है । उनके उच्च porosity और सतह क्षेत्र MOFs विविध सोखना, जुदाई में लागू किया है, और विषम catalysis ऊर्जा उत्पादन से पर्यावरण की चिंताओं को लेकर क्षेत्रों में जैविक प्रक्रियाओं1,3, 4,5,6.
कई MOFs चुनिंदा adsorbing अस्थिर कार्बनिक यौगिकों और ग्रीनहाउस गैसों में सफल साबित किया है या उत्प्रेरक रसायनों कि मानव स्वास्थ्य या पर्यावरण के लिए हानिकारक साबित हो सकता है नीचा । विशेष रूप से, मिल-९६ (अल) को चुनिंदा adsorb नाइट्रोजन वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों (VOCs) नाइट्रोजन समूहों में लोन जोड़ी इलेक्ट्रॉनों की उपलब्धता के कारण धातु क्लस्टर7में कमजोर लुईस एसिड अल वर्तमान के साथ समंवय करने के लिए दिखाया गया है । मिल-९६ भी ऐसे CO2, p-xylene, और m-xylene8,9के रूप में adsorb गैसों को दिखाया गया है । MOF सोखना selectivity धातु क्लस्टर के दोनों लुईस एसिड पर निर्भर है, साथ ही साथ ताकना आकार । मिल का आकार ताकना-९६ तापमान के साथ बढ़ जाती है, वृद्धि हुई तापमान के साथ trimethylbenzene की वृद्धि हुई सोखना क्षमता में जिसके परिणामस्वरूप, और सोखना तापमान9के साथ selectivity ट्यूनिंग का अवसर प्रस्तुत करता है ।
यहां फोकस की दूसरी MOF, यूिो-६६-एनएच2 को उत्प्रेरक के रूप में रासायनिक युद्ध एजेंटों (CWAs) और simulants को नीचा दिखाया गया है । लिंकर पर अमीन समूह अपमानजनक तंत्रिका एजेंटों में एक synergistic प्रभाव प्रदान करता है, जबकि zirconium समूहों के लिए बाध्यकारी अचल से एजेंट गिरावट उत्पादों को रोकने और MOF10विषाक्तता । यूिो-६६-NH2 उत्प्रेरक hydrolyzed dimethyl p-nitrophenylphosphate (DMNP) के साथ एक आधा जीवन के रूप में कम के रूप में ०.७ मिनट buffered स्थितियों में, लगभग 20 गुना तेजी से अपने बेस MOF यूिो-६६11,12।
हालांकि इन सोखना और उत्प्रेरक गुणों का वादा कर रहे हैं, MOFs के भौतिक रूप, मुख्य रूप से थोक पाउडर, महत्वपूर्ण थोक जोड़ने, कॉलेस्ट्रॉल pores, या कम करने के बिना गैस पर कब्जा और निस्पंदन के लिए प्लेटफार्मों में शामिल करने के लिए मुश्किल हो सकता है MOF लचीलापन. एक विकल्प MOF कार्यात्मक कपड़े बनाने के लिए है । MOFs electrospinning MOF पाउडर सहित असंख्य तरीकों में कपड़े में शामिल किया गया है,/बहुलक slurries, चिपकने वाला घोला जा सकता है, स्प्रे कोटिंग, solvothermal वृद्धि, माइक्रोवेव syntheses, और एक परत द्वारा परत विकास विधि13,14 , 15 , 16 , 17 , 18. इनमें से, electrospinning और बहुलक चिपकने वाले MOF पर अवरुद्ध कार्यात्मक साइटों में परिणाम के रूप में वे बहुलक में समझाया, काफी सोखना क्षमता और जेट कम कर सकते हैं । इसके अतिरिक्त, इन तकनीकों के कई दृष्टि कठिनाइयों या गरीब आसंजन/nucleation और विशुद्ध रूप से इलेक्ट्रोस्टैटिक बातचीत पर निर्भरता की लाइन के कारण तंतुओं पर अनुरूप कोटिंग्स बनाने के लिए असफल । एक वैकल्पिक पद्धति के लिए पहली कोट एक धातु ऑक्साइड के साथ कपड़े के लिए MOF18,19के साथ मजबूत सतह बातचीत के लिए अनुमति है ।
धातु ऑक्साइड जमाव की एक विधि परमाणु परत जमाव (एलड) है । एलड अनुरूप पतली फिल्मों को जमा करने के लिए एक तकनीक है, परमाणु पैमाने पर नियंत्रणीय । प्रक्रिया दो आधा प्रतिक्रियाओं कि केवल सब्सट्रेट की सतह पर हो लेपित करने के लिए इस्तेमाल करता है । पहला कदम एक धातु की खुराक के लिए है, जो अग्रदूत है, जो सतह पर hydroxyls के साथ प्रतिक्रिया करता है, जबकि अतिरिक्त प्रतिक्रिया प्रणाली से पर्ज है एक metallated सतह छोड़ने । दूसरी प्रतिक्रिया एक ऑक्सीजन युक्त प्रतिक्रियात्मक, आम तौर पर पानी है, जो धातु के लिए एक धातु ऑक्साइड बनाने के लिए साइटों के साथ प्रतिक्रिया करता है । फिर, अतिरिक्त पानी और किसी भी प्रतिक्रिया उत्पादों प्रणाली से मिटा रहे हैं । ये बारी खुराक और शुद्ध जब तक वांछित फिल्म मोटाई प्राप्त किया है दोहराया जा सकता है (चित्रा 1) । परमाणु परत जमाव विशेष रूप से उपयोगी है क्योंकि छोटे पैमाने पर वाष्प चरण के अग्रदूतों फाइबर मैट जैसे जटिल टोपोलॉजी के साथ सब्सट्रेट्स की हर सतह पर अनुरूप फिल्मों के लिए अनुमति देते हैं । इसके अतिरिक्त, ऐसे के रूप में पॉलिमर के लिए, एलड शर्तों कोटिंग फाइबर सतह में फैलाना करने के लिए अनुमति दे सकते हैं, भविष्य MOF विकास के लिए एक मजबूत लंगर प्रदान20.
धातु ऑक्साइड कोटिंग पारंपरिक solvothermal संश्लेषण के दौरान फाइबर पर वृद्धि हुई nucleation साइटों के लिए कार्यात्मक समूहों और असभ्यता18,20बढ़ती द्वारा अनुमति देता है । हमारे समूह ने पहले दिखाया है एलड धातु ऑक्साइड आधार परत यूिो के लिए प्रभावी है-6X, HKUST-1, और syntheses के विभिन्न मार्गों के माध्यम से अन्य solvothermal, परत-दर-परत, और hydroxy-डबल नमक रूपांतरण विधियों13,17, 18,21,22,23. यहाँ हम दो संश्लेषण प्रकार का प्रदर्शन. लाख सामग्री अल2ओ3 एलड कोटिंग बदलने के द्वारा गठित कर रहे है MOF को सीधे कार्बनिक linker के प्रसार से । एक अल2ओ3 एलड trimesic एसिड समाधान और हीटिंग में लेपित फाइबर चटाई को विलय करके, कार्बनिक लिंक धातु ऑक्साइड कोटिंग में प्रसार के लिए फार्म मिल-९६ । हर फाइबर की सतह पर एक दृढ़ता से पालन, अनुरूप MOF कोटिंग में यह परिणाम है । दूसरा संश्लेषण दृष्टिकोण ठेठ यूिो-६६-NH2 जलतापीय संश्लेषण धातु और कार्बनिक अग्रदूतों का उपयोग करने के लिए कहता है, लेकिन एक धातु ऑक्साइड लेपित फाइबर चटाई जिस पर MOF nucleates कहते हैं । दोनों संश्लेषण दृष्टिकोण के लिए, परिणामस्वरूप उत्पादों MOF क्रिस्टल दृढ़ता से समर्थन कपड़े का पालन के अनुरूप पतली फिल्मों से मिलकर बनता है । मिल-९६ के मामले में, इन VOCs या ग्रीनहाउस गैसों के सोखना के लिए फिल्टर में शामिल किया जा सकता है । यूिो-६६-एनएच2 के लिए इन कपड़ों को आसानी से सैन्य कर्मियों, पहले प्रतिक्रिया के लिए हल्के सुरक्षात्मक कपड़ों में शामिल किया जा सकता है, और CWA हमलों के खिलाफ सतत रक्षा के लिए नागरिकों ।
Protocol
Representative Results
Discussion
एलड कोटिंग दृढ़ता से आसंजन और MOF के लदान को प्रभावित करता है । सबसे पहले, सब्सट्रेट और एलड अग्रदूत के प्रकार पर निर्भर करता है, एलड परत या तो फाइबर के चारों ओर एक अलग बाहरी कवच फार्म कर सकते हैं, या फाइबर मे?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखक आरटीआई इंटरनेशनल, अमेरिकी सेना Natick सैनिक आरडी और ई केंद्र, और Edgewood रासायनिक और जैविक केंद्र में उनके सहयोगियों को धंयवाद । वे भी अपने धन स्रोत, रक्षा खतरा कम एजेंसी धंयवाद ।
Materials
| trimethylaluminum | Strem Chemicals | 93-1360 | |
| home-built ALD reactor | N/A | ||
| nitrogen cylinder | Arc3 | UN1066 | |
| trimesic acid | Sigma-Aldrich | 482749-500G | |
| ethanol | Koptec | V1001 | |
| teflon lined autoclave | PARR Instrument Company | 4760-1211 | |
| isotemp furnace | Fisher Scientific | F47925 | |
| Zirconium (IV) chloride | Alfa Aesar | 12104 | |
| 2-aminoterephthalic acid | Acros Organics | 278031000 | |
| N,N-dimethylformamide | Fisher Scientific | D119-4 | |
| Hydrochloric Acid | Fisher Scientific | A481-212 | |
| Polypropylene fiber mats | N/A | ||
| Polyamide fiber mats | N/A |
Referências
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