Functionalization פני השטח של מסגרות מתכת-אורגנית להתנגדות לחות משופר

Summary

ציפויים פונקציונליים חזקים catechol יוצרו בצעד אחד על ידי תגובה ישירה של החומר המכונה HKUST עם catechols סינתטי בתנאים אנאירוביים. ציפויים הומוגנית, המקיפים את הקריסטל כל המיוחס לפעילות קטליטית ביונים של הדימרים Cu(II) על פני השטח החיצוני של הקריסטלים.

Abstract

מסגרות מתכת-אורגנית (Mof) הם קבוצה של חומרים אנאורגניים נקבובי עם נכסים המבטיח אחסון גז, הפרדה, זרז וחישה. אולם, העניין המרכזי הגבלת תחולת שלהם הוא שלהם יציבות בתנאי לחות. השיטות הנפוצות כדי להתגבר על בעיה זו כרוכה היווצרות של מתכת-מקשר ההדוקים באמצעות טעונות מתכות, המוגבלת של מספר מבנים, ההקדמה של קבוצות alkylic המסגרת על-ידי שינוי שלאחר סינתטי (PSM) או התצהיר קיטור כימי (CVD) כדי לשפר את hydrophobicity הכללית של המסגרת. ששני האחרונים לעורר בדרך כלל ירידה דרסטית של שהנקבוביות הן של החומר. אסטרטגיות אלו אינן מתירות לנצל את מאפייני MOF זמין כבר וזה הכרחי למצוא שיטות חדשות כדי לשפר את היציבות של Mof במים תוך שמירה על המאפיינים שלהם ללא פגע. במסמך זה, אנחנו מדווחים שיטה כדי לשפר את יציבות מים קריסטלים MOF שמציעות Cu₂(O₂C)₄ גלגל ההנעה יחידות, כגון HKUST (איפה HKUST עומד על אוניברסיטת הונג קונג למדע וטכנולוגיה), עם catechols functionalized עם אלקיל פטור-אלקיל רשתות. על ידי לקיחת היתרון של האתרים מתכת רוויים ופעילות קטליטי כמו catecholase יונים Cu^II , אנחנו מסוגלים ליצור ציפוי הידרופובי חזקים דרך חמצון הפילמור עוקבות של יחידות catechol על פני קריסטלים בתנאים אנאירוביים ונטולת מים מבלי להפריע את המבנה הבסיסי של המסגרת. גישה זו לא רק מעניק את החומר עם מים משופר יציבות אלא גם מספק שליטה על הפונקציה של ציפוי המגן, אשר מאפשר את התפתחות תפקודית ציפויי ספיחה הפרדות של תרכובות אורגניות נדיפות . אנו בטוחים כי גישה זו גם אפשרות להאריך לתבניות Mof לא יציב אחרים הכוללים אתרים מתכת פתוחה.

Introduction

מסגרות מתכת-אורגנית הם קבוצה של חומרים גבישיים נקבובי שנבנתה אי-אורגנית רכיבים מתכתיים, בדרך כלל בשם בניין משני יחידות (SBUs), וקשורה polytopic ליגנדים אורגניים דרך אג ח קואורדינטיבית. הרכבה עצמית של אלה SBUs עם linkers אורגנית מאפשרת היווצרות של המורחבת 3D מבנים נקבובי עם אזורים משטח גבוהה מאוד, יישומים המבטיחים בתחומי גז אחסון והפרדה^1,2, זרז, חישה³. עם זאת, המגבלה העיקרית עבור הישימות שלהם הוא שלהם יציבות^4,מים⁵כמו רובם לשלב מתכות כלט במבנה שלהם כי התוצאות חוב תיאום יציב, כמו אלה המצויים קלאסית חומרים כמו MOF-5⁶-HKUST⁷.

גישות נפוצות כדי לפתור בעיה זו כרוכה מצד אחד, היצירה של תיאום חזק אג ח על ידי השימוש במתכות טעון מאוד, כגון Zr או Ti(IV), בסיסי N-תורם ליגנדים^7,8 או ליגנדים שילוב חומצות אתרים בסיסי⁹. עם זאת, שיטה זו מוגבלת חומרים חדשים, אינו מאפשר לשפר את היציבות של Mof זמין כבר. מצד שני, הגישות כדי לשפר את יציבות החומרים ידוע כבר להשתמש בשיטות סינתטי שלאחר השינוי להציג moieties הידרופובי בחלל הריק על-ידי שינוי שלאחר סינתטי של מקשר^10,11 או על-ידי קיטור כימי התצהיר (CVD)¹². למרבה הצער, היציבות של שיטות אלה מגיע ב הוצאות הפחתה דרסטית את נקבוביות החומר ושימוש במכשור מתוחכם. השימוש האחרונות של חומצות phosphonic שונה, כגון 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphate (DOPA)¹³ או ל- n– octadecylphosphonic חומצה (אופה)¹⁴, להקנות hydrophobicity ב Mof Zr(IV) הידוע גם אמורים להיות מודגשים.

תרכובות catechol, כגון דופמין, היו בשימוש נרחב כדי functionalize מגוון רחב של חומרים דרך היווצרות של polydopamine¹⁵. עם זאת, ציפויים אלה מוגבל לשימוש של פתרונות במאגר מימית לפתרונות מעט בסיסי אשר אינם מתאימים Mof עם חוב יציב. . Bortoluzzi et al. דיווח לאחרונה polydopamine זה יכול להיות מיוצר בחצר פתרון על ידי קומפלקס Cu(II) binuclear שמציעות Cu₂(ממוצע-O) כמרכז קטליטי¹⁶ אשר מציג המזכירים את פעילות קטליטית, כמו catecholase של הטבע אנזימים כמו catechol אוקסידאז¹⁷ ו tyrosinase¹⁸. לאחרונה, אנחנו הראו איך MOF בהתבסס על Cu(II) גלגל ההנעה SBUs מחובר דרך linkers trimesate, המכונה HKUST, יכול להיות מוגן מפני השפלה hydrolytic על ידי פלמור של catechols functionalized, כגון 4-hepatdecyl-catechol (hdcat) . או fluorinated-4-undecylcatechol (fdcat), על פני השטח של גבישים של¹⁹… שיטה פשוטה זו מוכיחה עד כמה יעיל ציפויים פונקציונליים יכול להיות מסונתז תחת תנאים קלה ללא קשר הפונקציונליות של catechol, ללא שימוש מאגר פתרונות אשר עלול לסכן את היציבות של המסגרת, עקב ביונים פעילות קטליטית של יחידות Cu(II). אנו מאמינים כי שיטה חדשה עשויה לאפשר היווצרות של ציפויים פונקציונליים זה, מלבד הגנה מפני השפלה hydrolytic, עשויות לאפשר תכונות ספיחה סלקטיבית של מוקולות או תרכובות אורגניות נדיפות.

Protocol

1. הליך סינתטי של hdcat@HKUST הערה: התהליך כולו חייב להתבצע בתוך קופסא הכפפות כדי להימנע מכל מגע עם הלחות אמביינט. בהתאם לכך, כל ריאגנטים, ממיסים בשימוש חייב להיות מאוחסן בתא הכפפות- ויבש. להכניס הכפפות בקבוקון זכוכית של mL 4 פתוח, שפכטלים שני, micropipette של 1 מ”ל. להעביר 50 מ”ג של …

Representative Results

כל ריאגנטים והחומרים היו מאוחסנים בתא הכפפות, כפי שהתקבלו ללא טיהור נוסף כלשהו אלא אם צויין אחרת. התהליך כולו מתבצע בקופסת הכפפות כדי להימנע ממגע עם לחות זה יכול לבזות את החומר ללא ציפוי. על מנת להבטיח את הפארמצבטית במהלך הניסויים, HKUST זמי?…

Discussion

שיטת דיווח בעבודה זו מספקת גישה פשוטה ויעילה עבור שינוי פני השטח של גבישים MOF ידי תגובה ישירה עם catechols סינתטי בתנאים קלים ללא קשר את הפונקציונליות של הרשת. במסלול זה יכול להתבצע בתנאים נטול מים ואנאירוביים וללא כל תוספת הבסיס אשר עלול לסכן את יציבות MOF בניגוד הגישה המקובלת של ייצור ציפוי דמ?…

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