Oppervlakte Functionalization van metaal-organische kaders voor verbeterde vochtbestendigheid

Het verbeteren van de waterstabiliteit is cruciaal voor de integratie van MOF's in chemisch veeleisende toepassingen. Onze methode kan helpen om de stabiliteit van MOF's die niet stabiel zijn in water te verhogen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het niet alleen de modificatie van de hydrofobiciteit van het gecoate materiaal mogelijk maakt, maar ook controle over de functionaliteit van de coating biedt.

Deze techniek maakt gebruik van de katalytische open metaalsites die aanwezig zijn in sommige MOF's, die de polymerisatie van de catecholmoleculen op het oppervlak van de kristallen kunnen activeren zonder de algehele porositeit van het materiaal te beïnvloeden. Breng eerst een glazen buisje van vier milliliter, twee spatels en een micropipet van een milliliter in een handschoenenkast. Er moet speciale zorg worden besteed om zuurstofvrije reactieomstandigheden te handhaven.

Voeg 50 milligram hdcat toe aan het glazen buisje. Voeg vervolgens een milliliter anhydrisch chloroform toe aan het glazen buisje. Voeg daarna 10 milligram HKUST toe aan de hdcat-oplossing en sluit het buisje goed af.

Na het verwijderen van het buisje uit de handschoenenkast, soniceer de suspensie van HKUST en hdcat gedurende enkele seconden om de oplossing te homogeniseren. Zorg ervoor dat het buisje goed is afgesloten en plaats het in een oven bij 70 graden Celsius voor een nacht. Nadat het buisje uit de oven is verwijderd, breng het over in de handschoenenkast met een centrifugeerbuisje van 15 milliliter.

In de handschoenenkast, breng het gehalte van het buisje over naar de centrifugeerbuis met behulp van vers anhydrisch chloroform. Nadat de centrifugeerbuis uit de handschoenenkast is verwijderd, scheidt u het gecoate materiaal door centrifugatie bij 3.354 keer g gedurende één minuut. Zodra de centrifugeerbuis terug in de handschoenenkast is, trekt u voorzichtig het supernatant af met behulp van een druppelpijpje en bewaar het in een schone glazen buis van 40 milliliter.

Vervolgens suspendeert u het gecoate materiaal in drie milliliter anhydrisch chloroform om gepolymeriseerde catechol-eenheden te verwijderen die niet aan het oppervlak van de kristallen zijn bevestigd. Na het verwijderen van het chloroform, suspendeert u het gecoate materiaal in drie milliliter anhydrisch methanol om niet-gereageerde hdcat-moleculen te verwijderen. Na het drie keer herhalen van de wasstap, brengt u het gewassen hdcat-HKUST over naar een glazen buis met behulp van anhydrisch methanol.

Zodra het gecoate poeder zich op de bodem van het buisje heeft gesetteld, verwijdert u het supernatant en laat u het poeder op kamertemperatuur in de handschoenenkast drogen. Breng een glazen buisje van vier milliliter, twee spatels en een micropipet van een milliliter in de handschoenenkast. Voeg 50 milligram fdcat toe aan het glazen buisje.

Voeg vervolgens een milliliter anhydrisch chloroform toe aan het glazen buisje. Voeg daarna 10 milligram HKUST toe aan de fdcat-oplossing en sluit het buisje goed af. Nadat het buisje uit de handschoenenkast is verwijderd, soniceer de suspensie van HKUST en fdcat gedurende enkele seconden om de oplossing te homogeniseren.

Zorg ervoor dat het buisje goed is afgesloten en plaats het in de oven bij 70 graden Celsius voor een nacht. Nadat het buisje uit de oven is verwijderd, breng het over in de handschoenenkast met een centrifugeerbuisje van 15 milliliter. In de handschoenenkast, breng het gehalte van het buisje over naar de centrifugeerbuis met behulp van vers anhydrisch chloroform.

Na het verwijderen van de centrifugeerbuis uit de handschoenenkast, scheidt u het gecoate materiaal door centrifugatie bij 3.354 keer g gedurende één minuut. Zodra de centrifugeerbuis terug in de handschoenenkast is, trekt u voorzichtig het supernatant af met behulp van een druppelpijpje en bewaar het in een schone glazen buis van 40 milliliter. Vervolgens suspendeert u het gecoate materiaal in drie milliliter anhydrisch chloroform om gepolymeriseerde catechol-eenheden te verwijderen die niet aan het oppervlak van de kristallen zijn bevestigd.

Na het verwijderen van het chloroform, suspendeert u het gecoate materiaal in drie milliliter anhydrisch methanol om niet-gereageerde fdcat-moleculen te verwijderen. Na het drie keer herhalen van de wasstap, brengt u het gewassen fdcat-HKUST over naar een glazen buis met behulp van anhydrisch methanol. Zodra het gecoate poeder zich op de bodem van het buisje heeft gesetteld, verwijdert u het supernatant en laat u het poeder op kamertemperatuur in de handschoenenkast drogen.

De oppervlaktegemodificeerde kristallen vertonen verhoogde hydrofobiciteit wanneer ze in water worden gedrenkt. In vergelijking met HKUST, dat onmiddellijk naar de bodem van het buisje zinkt, kunnen hdcat-HKUST en fdcat-HKUST dagenlang in water staan zonder te zinken. Contacthoekmetingen bevestigen hun superieure hydrofobiciteit.

Het FT-IR-spectrum van hdcat-HKUST toont banden die overeenkomen met alkane C-H rekkings trillingen van de hdcat alkylketen, die niet aanwezig zijn in HKUST. Voor fdcat-HKUST zijn alkane C-F rekkings trillingen zichtbaar in het spectrum, die niet worden waargenomen in HKUST. SEM-beelden van hdcat-HKUST en fdcat-HKUST tonen een externe gegolfde laag rond de kristallen, wat duidt op een effectieve polymerisatie op de kristallen met behoud van hun morfologie.

XPS-metingen tonen de aanwezigheid van koper I in hdcat-HKUST en fdcat-HKUST, wat wordt toegeschreven aan de reactie van de catechol-groepen door kopereenheden op het oppervlak en daaropvolgende polymerisatie. De vorming van catecholaatcoatingen op HKUST verliep zonder invloed op de kristallijne structuur van HKUST, zoals bevestigd door poeder x-ray diffractiemetingen. Dit werd ook bevestigd door porositeitsmetingen bij 77 kelvin, die aantoonden dat hdcat-HKUST en fdcat-HKUST hun oppervlaktegebied met kleine variaties behouden na het coatingproces.

Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om zuurstofvrije reactieomstandigheden te handhaven, omdat zuurstof