밀-96와 UiO-66-NH2 원자 층 Solvothermal 합성 섬유 매트에 금속 산화물 코팅을 입금
Summary
금속-유기 프레임 워크 가스 저장 및 이질적인 촉매, 하지만 어려운 스마트 재료에 통합 하는 느슨한 분말에서 전형적인 합성 방법 결과에 효과적입니다. Solvothermal 합성 동안 직물에 MOF의 등각 영화 인 ALD 금속 산화물, 첫 번째 코팅 직물의 방법을 설명 합니다.
Abstract
금속-유기 프레임 워크 (MOFs), 반응성 금속 클러스터 및 큰 porosities 및 표면 유기 ligands를 포함 하는 가스 흡착, 분리, 촉매 작용에 효과가 입증 했다. MOFs는 가장 일반적으로 대량 분말, 분말 다공성 흡착 용량 위험 기능 장치 및 직물에 그들을 준수 하는 추가 프로세스를 요구로 합성 된다. 여기, 우리 금속 산화물 필름 원자 층 증 착 (ALD)를 사용 하 여 첫 번째 코팅 직물의 메서드를 보여 줍니다. 이 프로세스는 MOF nucleation 더 반응 표면 제공 하 각 섬유에 제어 두께의 등각 영화를 만듭니다. ALD 코팅 패브릭 솔루션에서 물속에 넣는 solvothermal MOF 합성 하는 동안,는 MOFs 잘 준수 등각 코팅에 만들 섬유, MOF 기능성된 직물, MOF 숨 구멍을 차단할 수 있습니다 추가 접착 재료 없이 결과 기능 사이트입니다. 여기 우리는 2 개의 solvothermal 합성 방법을 보여 줍니다. 첫째, 우리는 MOF에 금속 산화물을 변환 하는 합성 조건을 사용 하 여 폴 리 프로필 렌 섬유에 MIL-96(Al) 레이어를 형성 합니다. 다양 한 두께의 초기 무기 영화를 사용 하 여, 무기에 유기 링커의 확산 수 있습니다 MOF의 범위를 제어 하는 직물에 로드. 둘째, 우리는 폴 리아 미드 6 (PA-6) 섬유에 코팅, 그로 인하여 균일 하 고 멀 박막 MOF의 직물에 생산 등각 금속 산화물에 UiO-66-NH2 MOF nucleates의 solvothermal 합성을 수행 합니다. 결과 자료 필터 장치 또는 보호 의류에 직접 통합 될 수 있다 고 느슨한 분말의 나쁜 특성을 제거 합니다.
Introduction
금속 유기 기구는 반응성 금속 클러스터 센터 유기 분자 링커 큰 porosities 및 표면 영역을 제공 하 여 브리지 구성 된 결정 구조 이다. 그들의 구조, 다공성, 고 기능 적절 한 클러스터 및 링커, 7000 m2/gMOF1,2만큼 높은 표면 지역에 지도 선택 하 여 디자인 될 수 있다. 그들의 높은 다공성과 표면적 MOFs diversely 적용에서 만든 흡착, 분리, 및 에너지 생산에서 생물 학적 과정1,3, 환경 문제에 이르기까지 분야에서 이질적인 촉매 작용 4,,56.
수많은 MOFs는 선택적으로 휘발성 유기 화합물 및 온실 가스 adsorbing 또는 인간의 건강 또는 환경에 유해한 증명할 수 있는 화학 물질을 촉매로 저하 성공적인 입증 했다. 특히, 밀-96 (알) 금속 클러스터7에 약한 루이스 산 알와 조정 질소 그룹에 혼자 쌍 전자의 가용성으로 인해 선택적으로 흡착 질소 휘발성 유기 화합물 (Voc)을 보이고 있다. 밀 96 또한 표시 되었습니다 adsorb 가스 CO2, p-크 실 렌, 그리고 m-자일 렌8,9. MOF 흡착 선택도 금속 클러스터로 기 공 크기의 루이스 산을 모두에 따라 달라 집니다. 밀-96의 기 공 크기는 온도, 증가 흡착 용량 증가 온도, trimethylbenzene의 결과로 증가 하 고 선택 흡착 온도9도 튜닝의 기회를 제공.
여기의 두 번째 MOF, UiO-66-NH2 촉매로 화학 (cwa)와 simulants 저하 될 표시 되었습니다. 링커에 아민 그룹 신경 에이전트, 에이전트 저하 제품 지르코늄 클러스터에 레스터 바인딩 및 MOF10중독을 방지 하는 동안 저하에 시너지 효과를 제공 합니다. UiO-66-NH2 는 촉매로 분해 디 메 틸 p-nitrophenylphosphate (DMNP) 버퍼 조건에서 0.7 분으로 짧은 반감기를 가진 거의 20 배는 기본 MOF UiO-6611,12보다 더 빨리.
이러한 흡착 및 촉매 속성 유망한 동안, MOFs, 주로 대량 분말의 물리적 형태 없이 중요 한 대량 추가, 모 공 막힘 또는 MOF 감소 가스 캡처 및 여과 대 한 플랫폼에 통합 하기가 어려울 수 있습니다. 유연성입니다. 안으로 MOF 기능성된 직물을 만드는 것입니다. MOFs 전기 MOF 분말/폴리머 슬러리, 접착제 믹스, 스프레이 코팅, solvothermal 성장과 전자 레인지 종합, 레이어, 레이어 성장 방법13,14 을 포함 한 무수 한 방법으로 직물에 통합 되었습니다. , 15 , 16 , 17 , 18. 이들의 전기 및 폴리머 접착제 귀 착될 수 있다 MOF에 차단된 기능 사이트로 그들은 크게 감소 하는 흡착 용량 및 반응성 폴리머에 캡슐화 됩니다. 또한, 이러한 기술의 많은 시력의 라인 어려움 또는 가난한 접착/nucleation 및 순전히 정전기 상호 작용에 대 한 의존도 섬유에 등각 코팅을 만들 실패 합니다. 대체 방법은 첫 코트 MOF18,19강한 표면 상호 작용 수 있도록 금속 산화물을 가진 직물 이다.
한 금속 산화물 증 착 방법은 원자 층 증 착 (ALD)입니다. ALD 입금 등각 박막, 원자 규모를 제어 하는 기술 이다. 프로세스 활용 두 절반 반응 코팅 기판의 표면에만 발생 하는. 첫 번째 단계는 복용량 전조, 표면에 hydroxyls와 반응, 과잉 반응 시스템에서 제거 하는 동안 metallated 표면 떠나를 포함 하는 금속입니다. 두 번째 반응 한 산소 포함 된 반응, 일반적으로 금속 산화물을 형성 하는 금속 사이트와 반응 물 이다. 다시, 물을 초과 하 고 어떤 반응 제품 시스템에서 제거 됩니다. 이러한 대체 복용량 및 제거 원하는 필름 두께 얻을 때까지 반복 될 수 있다 (그림 1). 원자 층 증 착은 소규모 수증기 단계 선구자 섬유 매트 등 복잡 한 토폴로지를 기판의 모든 표면에 등각 영화에 대 한 허용 하기 때문에 특히 유용 합니다. 또한, 폴 리 프로필 렌 등 폴리머, ALD 조건 미래 MOF 성장20강한 앵커를 제공 하는 섬유 표면에 확산 코팅을 허용할 수 있습니다.
금속 산화물 코팅 기능 그룹 및 거칠기18,20증가 하 여 전통적인 solvothermal 합성 중 증가 nucleation 사이트 섬유에 대 한 수 있습니다. 우리의 그룹은 이전 표시 ALD 금속 산화물 기본 레이어는 UiO 6 X, 동아-1, 그리고 solvothermal, 레이어, 레이어 및 hydroxy-더블 소금 변환 방법13,17, 다양 한 경로 통해 다른 종합에 대 한 효과적인 18,21,,2223. 여기 두 가지 합성 유형 설명합니다. 밀 재료는 유기 링커의 확산에 의해 Al2O3 ALD 코팅 MOF를 직접 변환 하 여 형성 된다. 잠수는 Al2O3 ALD 코팅된 섬유 매트 trimesic 산 성 솔루션에 난방, 여 유기 링커 형태로 밀 96 금속 산화물 코팅으로 확산. 이 결과 모든 섬유 표면에 강하게 준수, 등각 MOF 코팅. 두 번째 합성 방법은 일반적인 UiO-66-NH2 열 수 합성 금속 및 유기 선구자를 사용 하 여 호출 하지만 금속 산화물 코팅된 섬유 매트는 MOF nucleates를 추가 합니다. 두 합성 방법에 대 한 결과 제품 구성 MOF의 등각 박막의 결정은 강하게 지원 직물에 준수. 밀-96의 경우 이러한 Voc 또는 온실 가스의 흡착에 대 한 필터에 통합할 수 있습니다. UiO-66-NH2 이 직물 수 쉽게 통합 경량 보호복 군사 요원, 첫번째 응답기 및 CWA 공격에 대 한 지속적인 방어를 위한 민간인에 대 한.
Protocol
Representative Results
Discussion
ALD 코팅 접착 및 MOF의 로드에 강하게 영향. 첫째, 기판 및 ALD 전조의 종류에 따라 ALD 레이어 수 있습니다 섬유, 주위 다른 외피를 형성 하거나 금속 산화물 코팅20점진적 전환을 만들 섬유에 확산 합니다. 동안 퍼지는 레이어는 적절 한 조건 하에서 폴 리 프로필 렌에서 관찰 될 수 있다 단단한 껍질 면과 나일론 기판에 관찰 되었습니다. 둘째, 섬유에 확산 증 착 온도20…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 RTI 국제, 미국 육군 Natick 군인 RD & 전자 센터, 및 Edgewood 화학 그리고 생물학 센터에서 그들의 공동 작업자를 감사합니다. 그들은 또한 그들의 자금 소스를, 방위 위협 감소 기관 감사합니다.
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 |
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