Die Autoren danken der Defense Threat Reduction Agency für die Finanzierung unter der Projektnummer BA07PRO104, Martin Smith, Corrine Stone und Colin Willis von der Defence Science and Technology Laboratory (DSTL) für ihre Expertise in Niederdruck-Plasmatechnik, und Matthew Browe und Wesley von Gordon die Edgewood Chemical Biological Center (ECBC) für microbreakthrough Prüfung und Kontaktwinkelmessungen auf.

1. Cu-BTC Synthese und Herstellung <ol><li> Rühren 12,5 ml VE-Wasser und 12,5 ml Dimethylformamid in einem 100 ml Schraubdeckel-Glas für ca. 5 min. </li><li> Hinzufügen 0,87 g (3,6 mmol) Kupfer (II) nitrat-Trihydrat, gefolgt von 0,50 g (2,4 mmol) Trimesinsäure zu der Lösung in dem Gefäß und Rühren für etwa 5 min. Die Lösung wird in der Farbe blau. Legen Sie das Glas verschlossen im vorgeheizten Backofen bei 120 ° C für ca. 24 Stunden. </li><li> Entfernen Sie das Glas aus dem Ofen. Sobald die Dose auf Raumtemperatur abgekühlt, wieder die Cu-BTC-Kristalle durch Vakuumfiltration mit Filterpapier bewertet, um Kristalle größer als oder gleich 2,5 um zu erholen. Spülen der resultierenden Kristalle mit Dichlormethan und schließlich, indem die Kristalle in einer frischen Lösung von Dichlormethan. </li><li> Tauschen Sie die Lösungsmittel alle 24 h und ersetzen mit frischem Dichlormethan für die nächsten drei Tage, um die Entfernung der weniger flüchtigen Lösungsmitteln aus den Poren des Cu-assistBTC. </li><li> Erhitzen Sie die Cu-BTC Kristalle bis 170 ° C in einem Vakuumofen oder über eine Schlenk Linie um restliche Gastmoleküle aus dem Material zu entfernen. Voll aktiviert Cu-BTC sollte tief blau bis violett in der Farbe sein. </li><li> Bestätigen die Struktur und chemische Zusammensetzung der Cu-BTC durch Pulver-Röntgenbeugung und Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie sind. </li></ol> 2. Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition Perfluoralkane auf Cu-BTC 14 <ol><li> Vor jedem Experiment Reinigen des Plasmareaktors und alle Glaswaren in der Plasmabehandlung mit einem Luftplasma bei 50 W für mindestens 30 min verwendet werden. Dies entfernt alle Perfluoralkan Filme, die auf den inneren Oberflächen der Reaktionskammer oder der Glaswaren aus dem Stand der Experimente gebildet haben können. </li><li> Legen Sie eine bekannte Menge von aktivierten Cu-BTC in einem 250 ml-Pyrex-Flasche und in der Flasche auf seiner Seite zu verbreiten, um eine homogene Behandlung zu gewährleisten. Eine durchlässige Tuch sollte um die platziert werdenHals der Flasche mit einem Gummiband, um die Menge an Probe, die auf ein Vakuum verloren wird, zu minimieren. </li><li> Stellen Sie die Flasche in der Plasmakammer. Anwenden einer Vakuumkammer, bis der erreichte Druck ≤ 0,20 mbar für mindestens 30 Minuten, um jegliches Wasser, das auf die Probe adsorbiert haben kann. </li><li> Schließen Sie das Perfluoralkans Gas und stellen Sie die Regler auf einen Druck innerhalb der Spezifikationen der Massendurchflussregler. </li><li> Einstellen des Massendurchflussregler, um die Reaktionskammer mit der entsprechenden Menge an Perfluoralkan Gas zu füllen, um den gewünschten Druck des Experiments aufrechtzuerhalten. Drehen Sie die Flasche in der PECVD-Gerät, um eine homogene Behandlung des Pulvers zu erstellen. </li><li> Zünden des Plasmas mit einem 13,56 MHz HF-Generator, und das Radio Frequenz mit dem LC-Anpassungseinheit, um die Leistung zu maximieren bei gleichzeitiger Minimierung des Reflexionsvermögens. Periodisch neu abzustimmen während der Behandlung. </li><li> Sobald die Behandlung abgeschlossen ist, die Kammer zu evakuieren irgendRest Perfluoralkans Gas und dann auf Atmosphärendruck zu entlüften. Entfernen der Probe aus der PECVD-Vorrichtung und Wiederaufnahme des behandelten Materials von den Seiten der Flasche. Eine antistatische Gerät sollte verwendet werden, um die maximale Menge an Material zu gewinnen. </li><li> Platzieren des behandelten Materials in einem Ofen bei 120 ° C um nicht umgesetztes Perfluoralkan Gas zu entfernen. Dann legen Sie das behandelte Material in einem Exsikkator um die Adsorption von Wasser aus der Atmosphäre zu verhindern. </li><li> Spülen Sie das Restmaterial in der Flasche und Filter, die Abfälle für die ordnungsgemäße Entsorgung zu erholen. </li><li> Kennzeichnen das behandelte Cu-BTC mit 20 F magic angle spinning-Kernresonanz, Fourier-Transformations-Infrarot-Spektroskopie und Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie. </li></ol> 3. Alterung von Cu-BTC unter feuchten Bedingungen <ol><li> Stellen Sie die gewünschte Temperatur und die relative Feuchtigkeit der Klimakammer und lassen Sie es ins Gleichgewicht. </li><li> Verteilen Sie die Probe gleichmäßig inein offener Behälter und in der Klimakammer für die gewünschte Zeitdauer. </li><li> Charakterisierung der Cu-BTC Probe mit Röntgenbeugung und einer Stickstoff Isotherme bei 77 K um den Grad der Verschlechterung zu bestimmen. </li></ol> 4. Ammoniak Microbreakthrough Versuche 2 <ol><li> Bereiten Sie einen 14,6 L Ballast von Ammoniak bei 5000 mg / m 3 nach ersten Injektion eine leere Vorschaltgerät mit 210 ml von reinem Ammoniak. Dann füllen Sie das Vorschaltgerät mit Null-Luft mit einem Druck von 15 psi. Schließen Sie das Vorschaltgerät im Einklang mit der microbreakthrough Gerät. </li><li> Führen Sie eine leere Röhre in der microbreakthrough Gerät, um die Vorschubsignal bestimmen. Sollmassendurchflussregler für Ammoniak und trockener Luft bis 8 und 12 ml / min, um eine Strömung von 20 ml / min von 2,000 mg / m 3 Ammoniak zu erzeugen. Ausführen eines Verfahrens programmiert ist, um den Gaschromatographen und Photoionisationsdetektor steuern, um das Vorschubsignal von Ammoniak im Abwasser zu bestimmen. Feuchtigkeit kann zu dem System hinzugefügt werdenWenn von fahrenden Teil des Verdünnungsstroms durch ein temperaturgesteuertes Sättiger Zelle mit einer Geschwindigkeit notwendig, um die gewünschte relative Feuchtigkeit zu erreichen gewünscht. </li><li> Legen Sie eine kleine Menge Glaswolle unter der Glasmasse in einer Nenn 4 mm id Glasrohr. Gewicht von etwa 10-15 mg des Materials in das Rohr. Die verwendete Menge sollte in etwa 55 mm 3 Sorbensvolumen führen, was in einem Bett Verweilzeit von etwa 0,15 Sekunden. </li><li> Trockene Luft strömt durch das Glasrohr, wie es auf 150 ° C für 1 h erhitzt, um jegliche adsorbierte Wasser zu entfernen. Wiegen Sie die Probe nach der Regeneration. </li><li> Legen Sie die Probe in der Linie und sichern aufrecht in einem Wasserbad auf 25 ° C eingestellt </li><li> Festlegen der Massendurchflussregler für Ammoniak und trockener Luft bis 8 und 12 ml / min, um eine Strömung von 20 ml / min bei 2000 mg / m 3 Ammoniak erzeugen unter Umgehung der Probe zu den Füll-Linien mit dem Einsatzgas. </li><li> Fluss die Ammoniakstrom durch die Probe und führen Sie einen programmiertenVerfahren zum Gaschromatographen und Photoionisationsdetektor zu steuern, um die Konzentration von Ammoniak im Abwasser zu überwachen. </li><li> Sobald die Ablaufkonzentration der Zulaufkonzentration erreicht hat, schalten Sie die Ammoniakstrom und damit die Probe Abgas auf Ammoniak, die nicht stark auf die Probe adsorbiert wird. </li><li> Entfernen der Probe aus dem Wasserbad zur Postexpositionsanalyse mittels Röntgenbeugung und Fourier-Transform-Infrarotanalyse. </li><li> Integrieren Sie die Gaschromatographen Signal-Zeit-Daten, um die Ammoniakbelastung der Probe zu bestimmen. </li></ol>

<ol>
	<li>Montoro, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capture+of+Nerve+Agents+and+Mustard+Gas+Analogues+by+Hydrophobic+Robust+MOF-5+Type+Metal-Organic+Frameworks.">Capture of Nerve Agents and Mustard Gas Analogues by Hydrophobic Robust MOF-5 Type Metal-Organic Frameworks.</a> J. Am. Chem. Soc. 133, 11888-11891 (2011).</li><li>Glover, T. G., Peterson, G. W., Schindler, B. J., Britt, D., Yaghi, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MOF-74+building+unit+has+a+direct+impact+on+toxic+gas+adsorption.">MOF-74 building unit has a direct impact on toxic gas adsorption.</a> Chem. Eng. Sci. 66, 163-170 (2011).</li><li>Britt, D., Tranchemontagne, D., Yaghi, O. 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Mater. Chem. , (2013).</li><li>K&#252;sgens, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+metal-organic+frameworks+by+water+adsorption.">Characterization of metal-organic frameworks by water adsorption.</a> Microporous and Mesoporous Mater. 120, 325-330 (2009).</li><li>Cavka, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+New+Zirconium+Inorganic+Building+Brick+Forming+Metal+Organic+Frameworks+with+Exceptional+Stability.">A New Zirconium Inorganic Building Brick Forming Metal Organic Frameworks with Exceptional Stability.</a> J. Am. Chem. Soc. 130, 13850-13851 (2008).</li><li>DeCoste, J. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stability+and+degradation+mechanisms+of+metal-organic+frameworks+containing+the+Zr6O4(OH)4+secary+building+unit.">Stability and degradation mechanisms of metal-organic frameworks containing the Zr6O4(OH)4 secary building unit.</a> J. Mater. Chem. A. 1, 5642-5650 (2013).</li><li>Yang, S. J., Park, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+Highly+Moisture-Resistant+Black-Colored+Metal+Organic+Frameworks.">Preparation of Highly Moisture-Resistant Black-Colored Metal Organic Frameworks.</a> Adv. 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S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetic+Water+Stability+of+an+Isostructural+Family+of+Zinc-Based+Pillared+Metal+-+Organic+Frameworks.">Kinetic Water Stability of an Isostructural Family of Zinc-Based Pillared Metal - Organic Frameworks.</a> Langmuir. 29, 633-642 (2012).</li><li>Decoste, J. B., Peterson, G. W., Smith, M. W., Stone, C. A., Willis, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+Stability+of+Cu-BTC+MOF+via+Perfluorohexane+Plasma-Enhanced+Chemical+Vapor+Deposition.">Enhanced Stability of Cu-BTC MOF via Perfluorohexane Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition.</a> J. Am. Chem. Soc. 134, 1486-1489 (2012).</li><li>Bradley, R. H., Smith, M. W., Andreu, A., Falco, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+studies+of+novel+hydrophobic+active+carbons.">Surface studies of novel hydrophobic active carbons.</a> Appl. Surf. Sci. 257, 2912-2919 (2011).</li><li>Poire, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modification+of+active+carbon+by+hydrophobic+plasma+plymers.">Modification of active carbon by hydrophobic plasma plymers.</a> Plasma Deposition of Polymeric Thin Films. 54, 185-196 (1994).</li><li>Hozumi, A., Takai, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+ultra+water-repellent+films+by+microwave+plasma-enhanced+CVD.">Preparation of ultra water-repellent films by microwave plasma-enhanced CVD.</a> Thin Solid Films. 303 (97), 222-225 (1997).</li><li>Dolbier, W. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Guide to Fluorine NMR for Organic Chemists. , (2009).</li><li>Maricq, M. M., Waugh, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NMR+IN+ROTATING+SOLIDS.">NMR IN ROTATING SOLIDS.</a> J. Chem. Phys. 70, 3300-3316 (1979).</li><li>Kim, M., Cahill, J. F., Su, Y., Prather, K. A., Cohen, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Postsynthetic+ligand+exchange+as+a+route+to+functionalization+of+'inert'+metal-organic+frameworks.">Postsynthetic ligand exchange as a route to functionalization of 'inert' metal-organic frameworks.</a> Chem. Sci. 3, 126-130 (2012).</li><li>d'Agostino, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Advanced Plasma Technology. , (2008).</li><li>DeCoste, J. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=+The+effect+of+water+adsorption+on+the+structure+of+the+carboxylate+containing+metal-organic+frameworks+Cu-BTC,+Mg-MOF-74,+and+UiO-66."> The effect of water adsorption on the structure of the carboxylate containing metal-organic frameworks Cu-BTC, Mg-MOF-74, and UiO-66.</a> J. Mater. Chem. A. , (2013).</li></ol>

Die Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interessen konkurrieren.

Die Synthese von Cu-BTC, wie in den meisten MOFs können stark von dem Verhältnis der Reaktanten und der Temperatur der Synthese wird bei geführt werden. Variieren der Temperatur oder Lösungsmittel in der Synthese verwendet wurde gezeigt, dass verschiedene Morphologien einer MOF-Struktur 20 zu erzeugen. Starker Bedeutung ist daher, das Verfahren, die in der Literatur für alle, die synthetisiert MOF zu folgen. Außerdem sollte man die Reaktanten, Lösungsmittel und Synthesebedingungen bei der Auswahl eines...

Metall-organische Gerüste (MOFs) haben sich zu einem führenden Klasse poröser Materialien für toxische Gasentfernung 1-3. MOFs haben eine beispiellose Fähigkeit, um die Funktionalität für die gezielte chemische Interaktion anzupassen. Cu-BTC (auch als HKUST-1 oder Cu 3 (BTC) bekannt 2) vorher gefunden wurde, um eine außergewöhnlich hohe Ammoniakbelastung haben, jedoch ist dies zu einem Preis von 4 Strukturstabilität des Materials. Weitere Studien über Cu-BTC haben gezeigt, dass Feuchtigkeit selbst ist in der Lage, eine Verschlechterung der MOF-Struktur, wodurch es wirkungslos für viele potentielle Anwendungen 5,6,21. Die strukturelle Instabilität bestimmter Carboxylat MOFs in Anwesenheit von flüssigem Wasser oder hoher Luftfeuchtigkeit war eine große Abschreckung in gewerblichen oder industriellen Anwendungen 7 zu verwenden. Es wäre ideal für die meisten MOFs für chemische Entfernung zur Eigenstabilität in Gegenwart von Feuchtigkeit haben. Doch viele MOFs mit überragender Stabilität, wie UiO-66, haben schlechte chemische Entfernung Fähigkeiten, während viele MOFs mit Metallzentren wie MOF-74 und Cu-BTC überlegene chemische Entfernung Fähigkeiten 2,4,8,9. Die Metallzentren in MOF-74 und Cu-BTC verbessern die Aufnahme von giftigen Gasen wie Ammoniak, aber diese Stellen sind auch anfällig für Wasser zu binden, Vergiftung der aktiven Zentren und in vielen Fällen zu strukturellen Zusammenbruch führt. Um die chemischen Eigenschaften einer Wasser instabil MOF erhalten, verschiedene Versuche, die Wasserstabilität von MOFs erweitern vorgenommen wurden. MOF-5 ist gezeigt worden, um eine Verbesserung der Feuchtigkeitsbeständigkeit bei thermischer Behandlung, indem eine kohlenstoffhaltige Schicht auf der MOF, jedoch ist die erhöhte Hydrophobizität auf Kosten der Oberflächenbereich 10 und schließlich Funktionalität. MOF-5 hat sich auch gezeigt, haben ihre Hydrostabilität erhöht, durch Dotierung mit Ni 2 +-Ionen 11. Weiterhin enthalten 1,4-Diazabicyclo [2.2.2] octaning MOFs (auch als DMOFs bekannt) wurden eingesetzt, um die Stimmung der Wasserstabilität durch Einbau von verschiedenen Anhängergruppen des 1,4-Benzol Dicarboxylatlinker 12,13 zu zeigen. Das Fehlen von Hydrostabilität bestimmter MOFs, speziell solche mit einem hohen toxischen Gasaufnahme, führte die Verwendung von plasmaverstärkter chemischer Dampfabscheidung (PECVD) von Perfluoralkane, fluorierte Gruppen erzeugen auf den Oberflächen der MOF seiner Hydrophobizität 14 zu erhöhen. Diese Technik bietet den einzigartigen Vorteil, dass sie verwendet werden kann, um jede MOF enthaltende aromatische Wasserstoffe, sowie andere potentielle funktionelle Gruppen auf den inneren Oberflächen der MOFs verändern. Jedoch kann die Technik schwierig sein, aufgrund der Bildung von hochreaktiven Radikalen im Plasma zu steuern. Die Radikale reagieren nicht nur mit der aromatischen Wasserstoffatome, sondern auch mit CF x-Gruppen bereits auf dem MOF Flächen umgesetzt. Sorgfältige Kontrolle des Verfahrens erforderlich ist, um sicherzustellen, Poren bloket nicht auftritt, wodurch die MOF unwirksam. Diese Technik wurde von anderen verwendet worden, um die Benetzungseigenschaften von Kohlenstoffmaterialien zu ändern, aber nach unserer Kenntnis er niemals zuvor verwendet worden, um Hydrostabilität des mikroporösen Materials zu verbessern 15,16..

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name of Material/ Equipment</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copper (II) Nitrate Trihydrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>61194</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trimesic acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>482749</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>130147</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethyl Formamide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>319937</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichloromethane</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>187332</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hexafluoroethane</td>
			<td>Synquest Labs</td>
			<td>1100-2-05</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Femto-Plasma System</td>
			<td>Diener Electronic</td>
			<td>Basic unit type B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plasma Generator</td>
			<td>Diener Electronic</td>
			<td>Type D</td>
			<td>0-100 W at 13.56 MHz</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotary Vane Pump for Plasma System</td>
			<td>Leybold</td>
			<td>D16BCS PFPE</td>
			<td>Appropriate for corrosive gases</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Powder Treatment Device</td>
			<td>Diener Electronic</td>
			<td>Option 5.9</td>
			<td>Glass bottle and rotating devise within plasma system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Environmental Chamber</td>
			<td>Associated Environmental Systems</td>
			<td>HD-205</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gas Chromatograph</td>
			<td>Hewlet Packard</td>
			<td>HP5890 Series II</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photoionization Detector</td>
			<td>O-I Analytical</td>
			<td>4430/5890</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photoionization Detector Lamp</td>
			<td>Excilitis</td>
			<td>FK-794U</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water bath</td>
			<td>NESLAB</td>
			<td>RTE-111</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fritted glass tubes</td>
			<td>CDA Analytical</td>
			<td>MX062101</td>
			<td>Dynatherm sampling tubes</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation of hydrophobic metal-organic frameworks via plasma enhanced chemical vapor deposition of perfluoroalkanes for the removal of ammonia

Plasma-verstärkte chemische Dampfabscheidung (PECVD) von Perfluoralkanen ist seit langem zum Abstimmen der Benetzungseigenschaften von Oberflächen untersucht. Für hohe Oberfläche mikroporösen Materialien, wie Metall-organische Gerüste (MOFs), präsentieren einzigartige Herausforderungen sich für PECVD-Behandlungen. Hier das Protokoll für die Entwicklung eines MOF, die zuvor instabilen feuchten Bedingungen wurde vorgestellt. Das Protokoll beschreibt die Synthese von Cu-BTC (auch als HKUST-1 bekannt), die Behandlung von Cu-BTC mit PECVD der Perfluoralkane, die Alterung der Materialien unter feuchten Bedingungen, und die folgenden Experimente an Ammoniak microbreakthrough Milligramm-Mengen von mikroporösen Materialien. Cu-BTC hat eine extrem hohe Oberfläche (~ 1.800 m 2 / g) im Vergleich zu den meisten Materialien oder Oberflächen, die zuvor durch PECVD-Verfahren behandelt worden sind. Parameter wie Kammerdruck und die Behandlungszeit sind extrem wichtig, um sicherzustellen, das Perfluoralkan Plasma eindringt, um zu reagieren unds mit den inneren MOF-Oberflächen. Darüber hinaus kann das Protokoll für Ammoniak microbreakthrough Experimente hier angegebenen für eine Vielzahl von Testgasen und mikroporösen Materialien verwendet werden.

<html> In den repräsentativen Ergebnissen der Autoren wählten die Merkmale eines 0,50-g-Probe von Cu-BTC mit Hexafluorethan 4 h bei einem Druck von 0,30 mbar und einer Plasmaleistung von 50 W. MOFs mit behandelten (C 2 F 6) anzeigen Perfluoralkans Plasma unter adäquaten Bedingungen sollte verbessert Hydrophobie anzuzeigen. Dies kann durch Anordnen des Pulvers auf der Oberseite des flüssigen Wassers und Bestimmen, ob die Probe Schwimmern oder Messen des Wasserkontaktwinkels auf einem Pellet gepre...

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Preparation of Hydrophobic Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition of Perfluoroalkanes for the Removal of Ammonia

Hierin die Verfahren für die plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung von Perfluoralkane auf mikroporöse Materialien, wie metallorganischen Gerüst ihrer Stabilität und Hydrophobie zu verbessern, beschrieben. Ferner ist Durchbruch Testen Milligramm-Mengen von Proben im Detail beschrieben.

Herstellung von hydrophoben Metall-organische Gerüste über Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition von Perfluoralkanen für die Beseitigung von Ammoniak

Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of perfluoroalkanes has long been studied for tuning the wetting properties of surfaces. For high ...

preparation-hydrophobic-metal-organic-frameworks-via-plasma-enhanced

Research

JoVE Journal

Chemistry

15.4K Aufrufe.  Science Applications International Corporation (SAIC).  Hierin die Verfahren für die plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung von Perfluoralkane auf mikroporöse Materialien, wie metallorganischen Gerüst ihrer Stabilität und Hydrophobie zu verbessern, beschrieben. Ferner ist Durchbruch Testen Milligramm-Mengen von Proben im Detail beschrieben. 

Serie: Preparation of Hydrophobic Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition of Perfluoroalkanes for the Removal of Ammonia

Synthesis and Characterization of Functionalized Metal-organic Frameworks

Metal-organic frameworks have attracted extraordinary amounts of research attention, as they are attractive candidates for numerous industrial and technological applications. Their signature property is their ultrahigh porosity, which however imparts a series of challenges when it comes to both constructing them and working with them. Securing desired MOF chemical and physical functionality by linker/node assembly into a highly porous framework of choice can pose difficulties, as less porous and more thermodynamically stable congeners (e.g., other crystalline polymorphs, catenated analogues) are often preferentially obtained by conventional synthesis methods. Once the desired product is obtained, its characterization often requires specialized techniques that address complications potentially arising from, for example, guest-molecule loss or preferential orientation of microcrystallites. Finally, accessing the large voids inside the MOFs for use in applications that involve gases can be problematic, as frameworks may be subject to collapse during removal of solvent molecules (remnants of solvothermal synthesis). In this paper, we describe synthesis and characterization methods routinely utilized in our lab either to solve or circumvent these issues. The methods include solvent-assisted linker exchange, powder X-ray diffraction in capillaries, and materials activation (cavity evacuation) by supercritical CO2 drying. Finally, we provide a protocol for determining a suitable pressure region for applying the Brunauer-Emmett-Teller analysis to nitrogen isotherms, so as to estimate surface area of MOFs with good accuracy.

Synthesis, activation, and characterization of intentionally designed metal-organic framework materials is challenging, especially when building blocks are incompatible or unwanted polymorphs are thermodynamically favored over desired forms. We describe how applications of solvent-assisted linker exchange, powder X-ray diffraction in capillaries and activation via supercritical CO2 drying, can address some of these challenges.

Synthese und Charakterisierung von funktionalisierten Metall-organische Gerüste

Metal-organic frameworks have attracted extraordinary amounts of research attention, as they are attractive candidates for numerous industrial and ...

Forschung

Chemie

Chemical Vapor Deposition of an Organic Magnet, Vanadium Tetracyanoethylene

Recent progress in the field of organic materials has yielded devices such as organic light emitting diodes (OLEDs) which have advantages not found in traditional materials, including low cost and mechanical flexibility. In a similar vein, it would be advantageous to expand the use of organics into high frequency electronics and spin-based electronics. This work presents a synthetic process for the growth of thin films of the room temperature organic ferrimagnet, vanadium tetracyanoethylene (V[TCNE]x, x~2) by low temperature chemical vapor deposition (CVD). The thin film is grown at &#60;60 &#176;C, and can accommodate a wide variety of substrates including, but not limited to, silicon, glass, Teflon and flexible substrates. The conformal deposition is conducive to pre-patterned and three-dimensional structures as well. Additionally this technique can yield films with thicknesses ranging from 30 nm to several microns. Recent progress in optimization of film growth creates a film whose qualities, such as higher Curie temperature (600 K), improved magnetic homogeneity, and narrow ferromagnetic resonance line-width (1.5 G) show promise for a variety of applications in spintronics and microwave electronics.

We present the synthesis of the organic-based ferrimagnet vanadium tetracyanoethylene (V[TCNE]x, x~2) via low temperature chemical vapor deposition (CVD). This optimized recipe yields an increase in Curie temperature from 400 K to over 600 K and a dramatic improvement in magnetic resonance properties.

Chemical Vapor Deposition eines Organic Magnet, Vanadium Tetracyanethylen

Recent progress in the field of organic materials has yielded devices such as organic light emitting diodes (OLEDs) which have advantages not found in ...

Epitaxial Growth of Perovskite Strontium Titanate on Germanium via Atomic Layer Deposition

Atomic layer deposition (ALD) is a commercially utilized deposition method for electronic materials. ALD growth of thin films offers thickness control and conformality by taking advantage of self-limiting reactions between vapor-phase precursors and the growing film. Perovskite oxides present potential for next-generation electronic materials, but to-date have mostly been deposited by physical methods. This work outlines a method for depositing SrTiO3 (STO) on germanium using ALD. Germanium has higher carrier mobilities than silicon and therefore offers an alternative semiconductor material with faster device operation. This method takes advantage of the instability of germanium's native oxide by using thermal deoxidation to clean and reconstruct the Ge (001) surface to the 2&#215;1 structure. 2-nm thick, amorphous STO is then deposited by ALD. The STO film is annealed under ultra-high vacuum and crystallizes on the reconstructed Ge surface. Reflection high-energy electron diffraction (RHEED) is used during this annealing step to monitor the STO crystallization. The thin, crystalline layer of STO acts as a template for subsequent growth of STO that is crystalline as-grown, as confirmed by RHEED. In situ X-ray photoelectron spectroscopy is used to verify film stoichiometry before and after the annealing step, as well as after subsequent STO growth. This procedure provides framework for additional perovskite oxides to be deposited on semiconductors via chemical methods in addition to the integration of more sophisticated heterostructures already achievable by physical methods.

This work details the procedures for the growth and characterization of crystalline SrTiO3 directly on germanium substrates by atomic layer deposition. The procedure illustrates the ability of an all-chemical growth method to integrate oxides monolithically onto semiconductors for metal-oxide semiconductor devices.

Epitaxie Perowskit Strontiumtitanat auf Germanium über Atomic Layer Deposition

Atomic layer deposition (ALD) is a commercially utilized deposition method for electronic materials. ALD growth of thin films offers thickness control and ...

Aerosol-assisted Chemical Vapor Deposition of Metal Oxide Structures: Zinc Oxide Rods

Whilst columnar zinc oxide (ZnO) structures in the form of rods or wires have been synthesized previously by different liquid- or vapor-phase routes, their high cost production and/or incompatibility with microfabrication technologies, due to the use of pre-deposited catalyst-seeds and/or high processing temperatures exceeding 900 &#176;C, represent a drawback for a widespread use of these methods. Here, however, we report the synthesis of ZnO rods via a non-catalyzed vapor-solid mechanism enabled by using an aerosol-assisted chemical vapor deposition (CVD) method at 400 &#176;C with zinc chloride (ZnCl2) as the precursor and ethanol as the carrier solvent. This method provides both single-step formation of ZnO rods and the possibility of their direct integration with various substrate types, including silicon, silicon-based micromachined platforms, quartz, or high heat resistant polymers. This potentially facilitates the use of this method at a large-scale, due to its compatibility with state-of-the-art microfabrication processes for device manufacture. This report also describes the properties of these structures (e.g., morphology, crystalline phase, optical band gap, chemical composition, electrical resistance) and validates its gas sensing functionality towards carbon monoxide.

Columnar zinc oxide structures in the form of rods are synthesized via aerosol-assisted chemical vapor deposition without the use of pre-deposited catalyst-seed particles. This method is scalable and compatible with various substrates based on either silicon, quartz or polymers.

Aerosol-assisted Chemical Vapor Deposition von Metall-Oxid-Strukturen: Zinkoxid-Stangen

Whilst columnar zinc oxide (ZnO) structures in the form of rods or wires have been synthesized previously by different liquid- or vapor-phase routes, ...

Surface Functionalization of Metal-Organic Frameworks for Improved Moisture Resistance

Metal-organic frameworks (MOFs) are a class of porous inorganic materials with promising properties in gas storage and separation, catalysis and sensing. However, the main issue limiting their applicability is their poor stability in humid conditions. The common methods to overcome this problem involve the formation of strong metal-linker bonds by using highly charged metals, which is limited to a number of structures, the introduction of alkylic groups to the framework by post-synthetic modification (PSM) or chemical vapour deposition (CVD) to enhance overall hydrophobicity of the framework. These last two usually provoke a drastic reduction of the porosity of the material. These strategies do not permit to exploit the properties of the MOF already available and it is imperative to find new methods to enhance the stability of MOFs in water while keeping their properties intact. Herein, we report a novel method to enhance the water stability of MOF crystals featuring Cu2(O2C)4&#160;paddle-wheel units, such as HKUST (where HKUST stands for Hong Kong University of Science &#38; Technology), with the catechols functionalized with alkyl and fluoro-alkyl chains. By taking advantage of the unsaturated metal sites and the catalytic catecholase-like activity of CuII ions, we are able to create robust hydrophobic coatings through the oxidation and subsequent polymerization of the catechol units on the surface of the crystals under anaerobic and water-free conditions without disrupting the underlying structure of the framework. This approach not only affords the material with improved water stability but also provides control over the function of the protective coating, which enables the development of functional coatings for the adsorption and separations of volatile organic compounds. We are confident that this approach could also be extended to other unstable MOFs featuring open metal sites.

Robust functional catechol coatings were produced in one step by direct reaction of the material known as HKUST with synthetic catechols under anaerobic conditions. The formation of homogeneous coatings surrounding the entire crystal is ascribed to the biomimetic catalytic activity of Cu(II) dimers on the external surface of the crystals.

Oberfläche Funktionalisierung der Metall-organischen Frameworks für verbesserte Feuchtigkeitsbeständigkeit

Metal-organic frameworks (MOFs) are a class of porous inorganic materials with promising properties in gas storage and separation, catalysis and sensing. ...

Development of Heterogeneous Enantioselective Catalysts using Chiral Metal-Organic Frameworks (MOFs)

Substrate size discrimination by the pore size and homogeneity of the chiral environment at the reaction sites are important issues in the validation of the reaction site in metal-organic framework (MOF)&#8211;based catalysts in an enantioselective catalytic reaction system. Therefore, a method of validating the reaction site of MOF-based catalysts is necessary to investigate this issue. Substrate size discrimination by pore size was accomplished by comparing the substrate size versus the reaction rate in two different types of carbonyl-ene reactions with two kinds of MOFs. The MOF catalysts were used to compare the performance of the two reaction types (Zn-mediated stoichiometric and Ti-catalyzed carbonyl-ene reactions) in two different media. Using the proposed method, it was observed that the entire MOF crystal participated in the reaction, and the interior of the crystal pore played an important role in exerting chiral control when the reaction was stoichiometric. Homogeneity of the chiral environment of MOF catalysts was established by the size control method for a particle used in the Zn-mediated stoichiometric reaction system. The protocol proposed for the catalytic reaction revealed that the reaction mainly occurred on the catalyst surface regardless of the substrate size, which reveals the actual reaction sites in MOF-based heterogeneous catalysts. This method for reaction site validation of MOF catalysts suggests various considerations for developing heterogeneous enantioselective MOF catalysts.

Development of Heterogeneous Enantioselective Catalysts using Chiral Metal-Organic Frameworks MOFs

Here, we present a protocol for active site validation of metal-organic framework catalysts by comparing stoichiometric and catalytic carbonyl-ene reactions to find out whether a reaction takes place on the inner or outer surface of metal-organic frameworks.

Entwicklung heterogener enantioselektiver Katalysatoren mit Chiral Metal-Organic Frameworks (MOFs)

Substrate size discrimination by the pore size and homogeneity of the chiral environment at the reaction sites are important issues in the validation of ...

Synthesis of Single-Crystalline Core-Shell Metal-Organic Frameworks

Because of their designability and unprecedented synergistic effects, core-shell metal-organic frameworks (MOFs) have been actively examined recently. However, the synthesis of single-crystalline core-shell MOFs is very challenging, and thus a limited number of examples have been reported. Here, we suggest a method of synthesizing single-crystalline HKUST-1@MOF-5 core-shells, which is HKUST-1 at the center of MOF-5. Through the computational algorithm, this pair of MOFs was predicted to have the matched lattice parameters and chemical connection points at the interface. To construct the core-shell structure, we prepared the octahedral- and cubic-shaped HKUST-1 crystals as a core MOF, in which the (111) and (001) facets were mainly exposed, respectively. Via the sequential reaction, the MOF-5 shell was well-grown on the exposed surface, showing a seamless connect interface, which resulted in the successful synthesis of single-crystalline HKUST-1@MOF-5. Their pure phase formation was proved by optical microscopic images and powder X-ray diffraction (PXRD) patterns. This method presents the potential of and insights into the single-crystalline core-shell synthesis with different kinds of MOFs.

Here, we demonstrate a protocol for the two-step synthesis of single-crystalline core-shells using a non-isostructural metal-organic framework (MOF) pair, HKUST-1 and MOF-5, which have well-matched crystal lattices.

Synthese von einkristallinen metallorganischen Kern-Schale-Gerüstverbindungen

Because of their designability and unprecedented synergistic effects, core-shell metal-organic frameworks (MOFs) have been actively examined recently. ...

A Technical Guide for Performing Spectroscopic Measurements on Metal-Organic Frameworks

Metal-organic frameworks (MOFs) offer a unique platform to understand light-driven processes in solid-state materials, given their high structural tunability. However, the progression of MOF-based photochemistry has been hindered by the difficulty in spectrally characterizing these materials. Given that MOFs are typically larger than 100 nm in size, they are prone to excessive light scatter, thereby rendering data from valuable analytical tools like transient absorption and emission spectroscopy nearly uninterpretable. To gain meaningful insights of MOF-based photo-chemical and physical processes, special consideration must be taken toward properly preparing MOFs for spectroscopic measurements, as well as the experimental setups that garner higher quality data. With these considerations in mind, the present guide provides a general approach and set of guidelines for the spectroscopic investigation of MOFs. The guide addresses the following key topics: (1) sample preparation methods, (2) spectroscopic techniques/measurements with MOFs, (3) experimental setups, (3) control experiments, and (4) post-run stability characterization. With appropriate sample preparation and experimental approaches, pioneering advancements toward the fundamental understanding of light-MOF interactions are significantly more attainable.

Here, we use a polymer stabilizer to prepare metal-organic framework (MOF) suspensions that exhibit markedly decreased scatter in their ground-state and transient absorption spectra. With these MOF suspensions, the protocol provides various guidelines to characterize the MOFs spectroscopically to yield interpretable data.

Ein technischer Leitfaden für die Durchführung spektroskopischer Messungen an metallorganischen Gerüstverbindungen

Metal-organic frameworks (MOFs) offer a unique platform to understand light-driven processes in solid-state materials, given their high structural ...

Synthese von niedervalenten MOFs aus multitopic Phosphin-Linkern

Experimental Approaches for the Synthesis of Low-Valent Metal-Organic Frameworks from Multitopic Phosphine Linkers

Metal-organic frameworks (MOFs) are the subject of intense research focus due to their potential applications in gas storage and separation, biomedicine, energy, and catalysis. Recently, low-valent MOFs (LVMOFs) have been explored for their potential use as heterogeneous catalysts, and multitopic phosphine linkers have been shown to be a useful building block for the formation of LVMOFs. However, the synthesis of LVMOFs using phosphine linkers requires conditions that are distinct from those in the majority of the MOF synthetic literature, including the exclusion of air and water and the use of unconventional modulators and solvents, making it somewhat more challenging to access these materials. This work serves as a general tutorial for the synthesis of LVMOFs with phosphine linkers, including information on the following: 1) the judicious choice of the metal precursor, modulator, and solvent; 2) the experimental procedures, air-free techniques, and required equipment; 3) the proper storage and handling of the resultant LVMOFs; and 4) useful characterization methods for these materials. The intention of this report is to lower the barrier to this new subfield of MOF research and facilitate advancements toward novel catalytic materials.

Autor im Fokus: Experimentelle Ansätze zur Synthese niedervalenter metallorganischer Gerüste aus multitopic Phosphin-Linkern  

Here, we describe a protocol for the synthesis of low-valent metal-organic frameworks (LVMOFs) from low-valent metals and multitopic phosphine linkers under air-free conditions. The resulting materials have potential applications as heterogeneous catalyst mimics of low-valent metal-based homogeneous catalysts.

Experimentelle Ansätze zur Synthese niederwertiger metallorganischer Gerüstverbindungen aus multitopischen Phosphin-Linkern

Metal-organic frameworks (MOFs) are the subject of intense research focus due to their potential applications in gas storage and separation, biomedicine, ...