אנו להכיר במוסד בבית שלנו, אקול פוליטכניק Fédérale דה לוזאן (EPFL), על התמיכה הנדיבה. הפרויקט קיבל מימון אופק 2020 מחקר של האיחוד האירופי ולהעניק חדשנות תוכנית תחת מארי הספרותמוזאון הסכם 665667 מס. המחברים מודים פסקל אלכסנדר Schouwink לעזרתו עם XRD.

התראה: קרא בעיון את גיליונות נתונים בטיחות חומרים (MSDS) של הכימיקלים מעורב. כמה הכימיקלים המשמשים את הניסוי רעילים. השיטה הנוכחית כוללת את הסינתזה של חלקיקים. לכן, זהירות הולמים. יש לבצע את ההליך כולו סינתזה בשכונה fume מאוורר היטב.
הערה: הפרטים של כלי הנגינה, הכימיקלים וחומרים את המעורבים הסינתזה של הסרטים MOF מפורטים בטבלה 1.
1. הכנה של מתכת תמיסת מלח ו פתרון מקשר סול קודמן
הערה: לסינתזה של הסרט זיף-8, אבץ חנקת hexahydrate [Zn (3)2.6H2O] משמש המלח מתכת, 2-methylimidazole (HmIm) משמש את מקשר.
<ol><li>עבור הפתרון מלח מתכת, להמיס 2.75 g Zn (3)2.6H2O ב- 500 מ ל מים.</li>
	<li>עבור הפתרון מקשר, להמיס 56.75 גר' HmIm ב 500 מ"ל מים ומערבבים אותו ברציפות עד מתקבל פתרון ברור.</li>
</ol>2. הכנת אלקטרודות Cu
<ol><li>לחתוך נייר של טוהר גבוהה נחושת (עם 99.9% טוהר, מיקרומטר 127-עבה) לחתיכות 4 x 4 ס מ.</li>
	<li>כדי להקל על מחבר חובק למעקה מסכל לחתוך לקבוצה של תנין Cu קליפים, לצייר קו במרחק של 0.5 ס מ מאחד הקצוות של מסכל מרובע.</li>
	<li>לשטח את רדיד האלומיניום באמצעות מכבש גלילי על משטח נקי.</li>
	<li>לנקות את האלומיניום נחושת ביסודיות על ידי אמבטיה sonication ב אצטון למשך 15 דקות, ואחריו אמבט sonication ב אלכוהול איזופרופיל למשך 15 דקות.</li>
	<li>יבש foils נחושת באווירה נקייה.</li>
</ol>3. הקובץ המצורף של סובסטרטים האלקטרודה (קטודה)
הערה: בחר את המצע המתאים להפקיד את הסרט MOF. ניתן ליישם את השיטה AAO (Anodisc, 13 מ מ קוטר הנקבוביות אירוח עם קוטר נקבובית של 0.1 מיקרומטר), polyacrylonitrile (פאן, ניתוק משקל מולקולרי: 100 kDa), Cu רדיד (99.9% טוהר, מיקרומטר בעובי 25), סרט גראפן אדי-התצהיר-המבוססות על חומרים כימיים נח על רדיד cu11, סרט פחמן nanoporous תוצרת בית נח על רדיד Cu12,13,14.
<ol><li>מקם בזהירות המצע הרצוי על המרכז של האלקטרודה Cu באמצעות קלטת.</li>
	<li>יש לשטוף את מכלול המצע/אלקטרודה עם מים, ואחריו אלכוהול איזופרופיל, ושוב עם מים במשך כ- 1 דקות.</li>
	<li>לצרף Cu חשופות אלקטרודה (4 x 4 ס מ) האנודה. ואז לצרף הרכבה סובסטרט/אלקטרודה הקתודה.</li>
	<li>התאם את ההפרדה בין שתי אלקטרודות כדי 1 ס מ בתוך גביע זכוכית 100 מ.</li>
</ol>4. לחוקק את ההליך עבור הסרט זיף-8
<ol><li>לערבב 31.6 גר' של הפתרון קודמן מתכת ו- g 35 של הפתרון ליגנד בתוך 100 מ ל, מערבבים את זה ב-30 s בטמפרטורת החדר כדי ליצור את סול מבשר. הערה: הזמן אינדוקציה של זיף-8 בתנאים אלו הוא פחות מ 60 s ו, לכן, להגנת הסביבה חייב להתבצע ללא דיחוי.</li>
	<li>להעביר את סול קודמן כלי אירוח האלקטרודות.</li>
	<li>לטבול בשתי האלקטרודות עד כדי לסמן 3.5 ס"מ על האלקטרודות. הערה: מן הניסויים שלנו, הבחנו כי החלת השדה החשמלי לפני 3 דקות של סול הזדקנות שמוביל החדירה של גרעינים זיף-8 קטנים לתוך הנקבוביות של סובסטרטים נקבובי (AAO במקרה הזה), אשר צריך להמנע. לכן, השדה החשמלי מופעל רק לאחר 3 דקות, כאשר האטומים גדלים קצת יותר גדול.</li>
	<li>לבצע להגנת הסביבה עם מתח התצהיר של 1 V עבור 4 דקות. הזרם צריך להיות בטווח של 2.5-3.5 mA.</li>
	<li>בסוף להגנת הסביבה, הנמך את הספל לאט. כמו הידבקות בין האטומים טרי הפקיד את המצע הוא חלש, ש"צריך להתייחס לטיפול את המצע.</li>
	<li>להעביר את המצע מיובשים זכוכית מיקרוסקופיים. השתמש הקלטת כדי להחזיק את המצע במקום.</li>
	<li>עבור הצמיחה קריסטל, מערבבים 31.6 גר' של הפתרון מלח מתכת ו- g 35 של הפתרון מקשר בתוך 100 מ.</li>
	<li>למקם את השקופית זכוכית מיקרוסקופיים יחד עם המצע אנכית הפתרון קודמן ולהשאיר אותה ללא הפרעה במשך 10 h ב- 30 ° C.</li>
	<li>לאחר עד 10 שעות של הצמיחה קריסטל, יש לשטוף את המצע עם מים למשך 30 דקות, לייבש אותו באווירה נקייה.</li>
</ol>5. לחוקק את ההליך עבור הסרט זיף-7
<ol><li>לסנתז את הסרט זיף-7 תמיכה AAO בשיטה הדומה לזו שבוצעה עבור הסרט זיף-8 אבל עם ההבדלים הבאים.</li>
	<li>לאחר ערבוב 0.82 גר' Zn (3)2·6H2O ב- 30 מ של dimethylformamide (DMF) ו- g 0.72 של benzimidazole ב- 30 מ של מתנול למשך 3 דקות, לבצע להגנת הסביבה עבור 1 דקות.</li>
	<li>לסנתז סרט זיף-7 intergrown במועט הסרט גרעין זיף-7 ב סול קודמן המכיל 0.58 g Zn (3)2·6H2O, 0.3 g של benzimidazole ו- 30 מ של DMF ב 110 מעלות צלזיוס במשך 4 שעות.</li>
	<li>לאחר לצנן את הפתרון, לשטוף את הקרום זיף-7/AAO בהשריה DMF, ואחריו מייבש אותו ב 60 מעלות צלזיוס במשך 12 שעות.</li>
</ol>6. ממברנה הכנה ואפיון
<ol><li>
הכנה של קרום
	<ol>
<li>לשם הכנת חומר איטום, לערבב ביסודיות בה במידה של השרף, את במינראליים ולהשאיר את התערובת לשעה.</li>
		<li>מקם את הקרומים זיף-8/תמיכה בדיסק פלדה מ"מ ברוחב 24 עם חור בקוטר 5 מ מ במרכז.</li>
		<li>להחיל את אפוקסי לאורך קצות המצע בהתחלה, לאחר מכן לכסות את המצע מלבד החור 5 מ מ בקוטר במרכז.</li>
		<li>לאפשר את האפוקסי כדי לילה יבש.</li>
		<li>השתמש סטריאו מיקרוסקופ כדי לסרוק את הקרום יחד עם מידה הייחוס המוכרת.</li>
		<li>השתמש בתוכנה גרפית כדי לחשב את השטח החשוף של הקרום מן התמונה הסרוקה.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
מבחן הסתננות גז הערה: בניסויים שלנו, גז חד-רכיבים הסתננות הבדיקות בוצעו על ידי הטכניקה וויק-Kallenbach בתא הסתננות תוצרת בית. בקרי זרימת מסה (MKS) ואת ספקטרומטר מסה להשתמש בקביעת הסתננות היו מכוילים בטווח של 5% שגיאה. בקרי זרימת מסה (MFC) מוסדר ההזנה וקצב זרימת גז לטאטא. Ar משמש את הגז לטאטא שנשא את הגז permeate כדי בספקטרומטר מכויל (MS) ניתוח בזמן אמת של ריכוז permeate.<ol>
<li>מקום בדיסק פלדה עם הקרום התא מפלדת הסתננות.</li>
		<li>להבטיח דליפה-צפוף על-ידי הצבת Viton O-טבעות מעל ומתחת הדיסק פלדה והדקו את הברגים. כדי להסיר את המים הספוחה במהלך הסינתזה, יבש על הממברנות ב 130 ° C תחת אווירה /Ar2H עד permeance2 יציב H.</li>
		<li>מקם את הסידור בתוך התנור והגדר את הטמפרטורה 130 מעלות צלזיוס.</li>
		<li>ודא את ההזנה לטאטא את הקווים הם טרופה.</li>
		<li>להגדיר את תעריפי זרימת גז על ההזנה, הצדדים לטאטא 30 mL/min.</li>
		<li>לשמור על לחץ של MPa 0.1-ההזנה ואת הצד סריקה על-ידי התאמת את מגופי מחט על retentate הצד permeate, בהתאמה.</li>
		<li>לחשב את permeance לאחר מצב יציב הוא הוקם.</li>
		<li>לאט לאט להתקרר בתנור (כ 2h) עד 30 ° C ולהקליט את הערכים שוב לאחר מצב יציב הוא הוקם.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Knebel, A., 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=Defibrillation+of+soft+porous+metal-organic+frameworks+with+electric+fields.">Defibrillation of soft porous metal-organic frameworks with electric fields.</a> Science. 358, 347-351 (2017).</li><li>Brown, A. J., 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=Interfacial+microfluidic+processing+of+metal-organic+framework+hollow+fiber+membranes.">Interfacial microfluidic processing of metal-organic framework hollow fiber membranes.</a> Science. 345, 72-75 (2014).</li><li>Dzubak, A. L., 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=Ab+initio+carbon+capture+in+open-site+metal-organic+frameworks.">Ab initio carbon capture in open-site metal-organic frameworks.</a> Nature Chemistry. 4, 810-816 (2012).</li><li>Gascon, J., Kapteijn, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal-organic+framework+membranes-high+potential,+bright+future.">Metal-organic framework membranes-high potential, bright future.</a> Angewandte Chemie International Edition. 49, 1530-1532 (2010).</li><li>Liu, X., Wang, C., Wang, B., Li, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+Organic-Dehydration+Membranes+Prepared+from+Zirconium+Metal-Organic+Frameworks.">Novel Organic-Dehydration Membranes Prepared from Zirconium Metal-Organic Frameworks.</a> Advanced Functional Materials. 27, 1-6 (2017).</li><li>Zhang, F., 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=Hydrogen+selective+NH2-MIL-53(Al)+MOF+membranes+with+high+permeability.">Hydrogen selective NH2-MIL-53(Al) MOF membranes with high permeability.</a> Advanced Functional Materials. 22, 3583-3590 (2012).</li><li>Kwon, H. T., Jeong, H. -. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+synthesis+of+thin+zeolitic-imidazolate+framework+ZIF-8+membranes+exhibiting+exceptionally+high+propylene/propane+separation.">In situ synthesis of thin zeolitic-imidazolate framework ZIF-8 membranes exhibiting exceptionally high propylene/propane separation.</a> Journal of the American Chemical Society. 135, 10763-10768 (2013).</li><li>Hou, J., Sutrisna, P. D., Zhang, Y., Chen, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+of+ultrathin,+continuous+metal-organic+framework+membranes+on+flexible+polymer+substrates.">Formation of ultrathin, continuous metal-organic framework membranes on flexible polymer substrates.</a> Angewandte Chemie International Edition. 55, 3947-3951 (2016).</li><li>Barankova, E., Tan, X., Villalobos, L. F., Litwiller, E., Peinemann, K. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+metal+chelating+porous+polymeric+support:+the+missing+link+for+a+defect-free+metal-organic+framework+composite+membrane.">A metal chelating porous polymeric support: the missing link for a defect-free metal-organic framework composite membrane.</a> Angewandte Chemie International Edition. 56, 2965-2968 (2017).</li><li>He, G., Dakhchoune, M., Zhao, J., Huang, S., Agrawal, K. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrophoretic+Nuclei+Assembly+for+Crystallization+of+High-Performance+Membranes+on+Unmodified+Supports.">Electrophoretic Nuclei Assembly for Crystallization of High-Performance Membranes on Unmodified Supports.</a> Advanced Functional Materials. , (2018).</li><li>Li, X., 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=Large-area+synthesis+of+high-quality+and+uniform+graphene+films+on+copper+foils.">Large-area synthesis of high-quality and uniform graphene films on copper foils.</a> Science. 324, 1312-1314 (2009).</li><li>Rodriguez, A. T., Li, X., Wang, J., Steen, W. A., Fan, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Facile+synthesis+of+nanostructured+carbon+through+self-assembly+between+block+copolymers+and+carbohydrates.">Facile synthesis of nanostructured carbon through self-assembly between block copolymers and carbohydrates.</a> Advanced Functional Materials. 17, 2710-2716 (2007).</li><li>Huang, S., 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=Large-area+single-layer+graphene+membranes+by+crack-free+transfer+for+gas+mixture+separation.">Large-area single-layer graphene membranes by crack-free transfer for gas mixture separation.</a> Nature Communications. , (2018).</li><li>Agrawal, K. V., Dakachoune, M., Huang, S., He, G., Dudani, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Ultrahigh flux gas-selective nanoporous carbon membrane and manufacturing method thereof. , (2017).</li><li>Liu, J., W&#246;ll, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-supported+metal-organic+framework+thin+films:+fabrication+methods,+applications,+and+challenges.">Surface-supported metal-organic framework thin films: fabrication methods, applications, and challenges.</a> Chemical Society Reviews. 46, 5730-5770 (2017).</li></ol>

המחברים אין לחשוף.

המבנה הבולט של השיטה ENACT ביחס שיטות קיימות15 היא שיטת ENACT מאפשרת הסינתזה של סרטים MOF מאוד intergrown, ודק במיוחד על מגוון רחב של סובסטרטים נקבובי, nonporous. כל רעלני המצע הוא נמנע, הופך שיטה זו פשוטה מאוד לסינתזה של סרטים MOF. למרות EPD ציוד יש לשמש לתצהיר של סרט גרעינים, הציוד מורכב מקור כוח א...

ממברנות ניפוי מולקולרית דק מציעים של יעילות אנרגיה גבוהה להפרדה של מולקולות, באפשרותך להפחית את העלות הכוללת של דלקים, לכידת2 CO, טיהור מים, שחזור הממס,1, וכו'2. Mof הם מחלקה המבטיחים של חומר לסינתזה של ממברנות ניפוי מולקולרית בשל כימיה סינתטי מעורב isoreticular התגבשות פשוטה יחסית3. עד כה, MOF ממברנות הכוללת של מבנים גבישיים מגוונים, ובהם כי של זיף-4,-7, -8,-9-11,-67,-90, ו-93, ו UiO-66, HKUST-1, MIL-53 כבר דווח על4,5. ממברנות אלה הם מסונתז על ידי התגבשות באיכות גבוהה polycrystalline MOF סרטים על תמיכה נקבובי. בדרך כלל, כדי לקבל סלקטיביות הפרדה גבוהה, יש צורך להפחית את הליקויים בסרט MOF polycrystalline (כגון pinholes דגן-גבולות פגמים). גישה נוחה כדי להפחית את הליקויים הוא להתגבש סרט עבה. באופן לא מפתיע, כמה מוקדם יותר דיווח על MOF ממברנות הם עבות במיוחד (מעל 5 מיקרומטר). למרבה הצער, סרטים עבה להוביל נתיב ארוך דיפוזיה, אשר מגביל את permeance ממברנה. לכן, בעוד סלקטיביות משופרת, permeance הוא הקריב. כדי לעקוף את עסקאות חליפין, זה חיוני לפתח שיטות כדי לגבש זגוגית (< 0.5 מיקרומטר-עבה), ללא פגם MOF סרטים.
זיף-8 הוא הכי אינטנסיבית לימודי MOF סינתזה ממברנה, עקב יציבות יוצאת דופן שלה כימי, תרמי,6,כימיה7התגבשות פשוטה. עד כה, כבר הבין את הקרומים זיף-8 זגוגית שדווחה על-ידי שינוי פני השטח כימיה או הטופולוגיה של המצע נקבובי הבסיסית, להעדיף את התגרענות הטרוגנית של זיף-8, שהוא חיוני עבור סרט intergrown polycrystalline. למשל, חן ואח. דיווח על הסינתזה של הסרט זיף-8 מיקרומטר בעובי 1 טיו triethoxysilane-לאחרונה (3-aminopropyl)2-מצופה poly(vinylidene fluoride) (PVDF) חלול סיבים8. הם נצפו צפיפות גבוהה התגרענות הטרוגנית, לייחס אותו השינוי בו זמנית של פני השטח כימיה, ננו-מבנה. הקבוצה Peinemann דיווחו על קרום זיף-8 ודק במיוחד על chelating מתכת, polythiosemicarbazide (PTSC) תמיכה9. זו יכולת ייחודית chelating מתכת של PTSC הובילו הכריכה של אבץ יונים, לקדם את התגרענות הטרוגנית של זיף-8 אשר, לאחר מכן, הוביל את בעלי ביצועים גבוהים זיף-8 ממברנות. באופן כללי, כוונון את המצע כימיה, ננו-מבנה מקלה על הסינתזה של ביצועים גבוהים MOF ממברנות; עם זאת, שיטות אלה הם מורכבים למדי, בדרך כלל אין להחילה מחדש לסנתז MOF ממברנות של מבנים MOF אטרקטיביים אחרים.
במסמך זה, מדווחים הסינתזה של זגוגית, מאוד intergrown זיף-8 סרטים באמצעות גישה פשוטה ופסיביות התגבשות זה ניתן להחילה מחדש כדי ליצור סרט דק intergrown של חומרים גבישיים מספר10. אנו מראים דוגמאות של סרטים זיף-8 וזיף-7 מוכן ללא כל רעלני המצע, אשר מאוד מפשט את תהליך ההכנה. הסרטים זיף-8 מוכנות על מגוון רחב של סובסטרטים (קרמיקה, פולימר, מתכת, פחמן, ו גראפן). הסרט זיף-8 500 ננומטר בעובי תמיכה אנודי אלומיניום אוקסיד (AAO) מציג הופעה מושכת ההפרדה. Permeance2 H גבוה של 8.3 x 10-6 מול ז-2 s-1 הרשות הפלסטינית-1 ו selectivities אידיאלי אטרקטיבי של 7.3 (H2/CO2), 15.5 (H2/N2), 16.2 (H2/CH4) 2655 (H /C 23H8) מושגות.
הגישה התגבשות המאפשרת מעלל הנ ל היא ENACT. ENACT ההפקדות זיף-8 גרעינים על גבי מצע ישירות מסול קודמן של הגביש. הגישה מנצל EPD במשך תקופה קצרה מאוד של זמן (1-4 דקות) מיד אחרי הזמן אינדוקציה (הזמן כאשר האטומים המופיעים סול קודמן). היישום של שדה חשמלי גרעינים MOF טעונה כוננים אותם לכיוון אלקטרודה עם זרימה פרופורציונלי לעוצמת יישומית השדה החשמלי (E), ניידות electrophoretic של קולואיד (μ), ריכוז גרעינים (nC), כפי שמוצג משוואות 1 ו- 2.
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58301/58301eq1.jpg"> (משוואת 1)
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/58301/58301eq2.jpg"> (משוואת 2)
כאן, v = את מהירות סחיפה. אפי = פוטנציאל זטה של הגרעינים, חדוהo = המקדם הדיאלקטרי של ואקום, חדוהr = על קבוע דיאלקטרי, ו Η = צמיגות של קודמן סול.
לכן, על ידי שליטה E ו- pH פתרון (הקובע אפי), צפיפות האריזה של גרעינים יכול להיות נשלט. הגידול עוקבות של גרעינים צפופה ב סול קודמן מאפשר לחוקרים לקבל סרט polycrystalline מאוד intergrown.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Zinc nitrate hexahydrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>96482-500G</td>
			<td>98% purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-Methylimidazole</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M50850-500G</td>
			<td>99% purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Benzimidazole</td>
			<td>TCI</td>
			<td>B0054-500G</td>
			<td>98% purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tape</td>
			<td>DuPont</td>
			<td>KPT-1/8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Epoxy</td>
			<td>GC Electronics</td>
			<td>19-823</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copper foil</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>13380.CV</td>
			<td>99.9% purity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power source for EPD</td>
			<td>Gamry Instruments</td>
			<td>Interface 1000E Potentiostat</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonic cleaner</td>
			<td>MTI corporation</td>
			<td>VGT-1860QTD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AAO</td>
			<td>GE Healthcare Life Sciences&#8206;</td>
			<td>6809-7013</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PAN</td>
			<td>Shandong MegaVision</td>
			<td></td>
			<td>The molecular weight cut-off is 100 kDa</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

electrophoretic crystallization of ultrathin high-performance metal-organic framework membranes

אנחנו מדווחים הסינתזה של ממברנות מסגרת מתכת-אורגנית (MOF) polycrystalline דק, intergrown מאוד, על מגוון רחב של תומך נקבובי, שאינו נקבובי שלא שונתה (פולימר, קרמיקה, מתכת, פחמן, ו גראפן). פיתחנו טכניקה התגבשות חדשניים, אשר נקראת הגישה ENACT: מכלול גרעינים electrophoretic עבור התגבשויות של סרטים רזה מאוד intergrown (ENACT). גישה זו מאפשרת צפיפות גבוהה של התגרענות הטרוגנית של Mof על המצע שבחרת באמצעות העדות electrophoretic (EPD) ישירות מ- סול קודמן. הצמיחה של גרעינים MOF ארוזה היטב מוביל סרט MOF polycrystalline מאוד intergrown. אנו מראים כי גישה פשוטה זו יכול לשמש לסינתזה של זאוליט דק, intergrown imidazole מסגרת (זיף)-7 וסרטים זיף-8. וכתוצאה מכך 500 ננומטר בעובי זיף-8 ממברנות הצגת permeance2 H גבוה במידה ניכרת (8.3 x 10-6 מול ז-2 s-1 הרשות הפלסטינית-1) של גז אידאלי selectivities (7.3 H2/CO2, 15.5 H2/N2, 16.2 עבור H-2-/CH-4, ו- 2655 H2/C3H8). הופעה מושכת עבור C3H6/C3H8 ההפרדה היא גם השיגה (של C3H6 permeance של 9.9 x 10-8 מול ז-2 s-1 הרשות הפלסטינית-1 ו- C3H 6/C3H8 אידיאלי סלקטיביות של 31.6 25 ° c). בסך הכל, ניתן להאריך את תהליך ENACT, בשל פשטותו, לסנתז intergrown סרטים רזה של מגוון רחב של חומרים גבישיים nanoporous.

מלכודת EPD תוצרת בית שימש לסנתז את הסרטים MOF (איור 1). סריקת רנטגן עקיפה (XRD) ותמונות של מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM) דפוסי נאספו עבור הסרט גרעין זיף-8 (איור 2). SEM השתמשו בתמונה על פני השטח ואת חתך הרוחב מורפולוגיות של AAO תמיכה, זיף-8/AAO קרום, תמיכה פאן, ז?...

Watch this Scientific Journal Video about Electrophoretic Crystallization of Ultrathin High-performance Metal-organic Framework Membranes at JoVE.com

Electrophoretic Crystallization of Ultrathin High-performance Metal-organic Framework Membranes

התגבשות electrophoretic של ממברנות זגוגית ביצועים גבוהים מסגרת מתכת-אורגני

גישה פשוטה, הדירים רב-תכליתי לסינתזה של ממברנות מסגרת מתכת-אורגנית polycrystalline intergrown, על מגוון רחב של יאומתו נקבובי ותומך שאינו נקבובי מוצג.

We report the synthesis of thin, highly intergrown, polycrystalline metal-organic framework (MOF) membranes on a wide range of unmodified porous and ...

electrophoretic-crystallization-ultrathin-high-performance-metal

Research

JoVE Journal

Chemistry

9.9K Views.  École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). גישה פשוטה, הדירים רב-תכליתי לסינתזה של ממברנות מסגרת מתכת-אורגנית polycrystalline intergrown, על מגוון רחב של יאומתו נקבובי ותומך שאינו נקבובי מוצג.

Video: Electrophoretic Crystallization of Ultrathin High-performance Metal-organic Framework Membranes

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

Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of perfluoroalkanes has long been studied for tuning the wetting properties of surfaces. For high surface area microporous materials, such as metal-organic frameworks (MOFs), unique challenges present themselves for PECVD treatments. Herein the protocol for development of a MOF that was previously unstable to humid conditions is presented. The protocol describes the synthesis of Cu-BTC (also known as HKUST-1), the treatment of Cu-BTC with PECVD of perfluoroalkanes, the aging of materials under humid conditions, and the subsequent ammonia microbreakthrough experiments on milligram quantities of microporous materials. Cu-BTC has an extremely high surface area (~1,800 m2/g) when compared to most materials or surfaces that have been previously treated by PECVD methods. Parameters such as chamber pressure and treatment time are extremely important to ensure the perfluoroalkane plasma penetrates to and reacts with the inner MOF surfaces. Furthermore, the protocol for ammonia microbreakthrough experiments set forth here can be utilized for a variety of test gases and microporous materials.

Herein the procedures for plasma enhanced chemical vapor deposition of perfluoroalkanes on microporous materials such as metal-organic frameworks to enhance their stability and hydrophobicity are described. Furthermore, breakthrough testing of milligram quantities of samples is described in detail.

הכנת מסגרות מתכת אורגנית הידרופובי באמצעות פלזמה משופרת שיקוע הכימי של Perfluoroalkanes להסרת אמוניה

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

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.

מסגרות סינתזה ואפיון של פונקציונליות מתכת אורגנית

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

Synthesis of a Water-soluble Metal&#8211;Organic Complex Array

We demonstrate a method for the synthesis of a water-soluble multimetallic peptidic array containing a predetermined sequence of metal centers such as Ru(II), Pt(II), and Rh(III). The compound, named as a water-soluble metal-organic complex array (WSMOCA), is obtained through 1) the conventional solution-chemistry-based preparation of the corresponding metal complex monomers having a 9-fluorenylmethyloxycarbonyl (Fmoc)-protected amino acid moiety and 2) their sequential coupling together with other water-soluble organic building units on the surface-functionalized polymeric resin by following the procedures originally developed for the solid-phase synthesis of polypeptides, with proper modifications. Traces of reactions determined by mass spectrometric analysis at the representative coupling steps in stage 2 confirm the selective construction of a predetermined sequence of metal centers along with the peptide backbone. The WSMOCA cleaved from the resin at the end of stage 2 has a certain level of solubility in aqueous media dependent on the pH value and/or salt content, which is useful for the purification of the compound.

A potential general method for the synthesis of water-soluble multimetallic peptidic arrays containing a predetermined sequence of metal centers is presented.

סינתזה של מערך מורכב מתכת-אורגנית נמס במים

We demonstrate a method for the synthesis of a water-soluble multimetallic peptidic array containing a predetermined sequence of metal centers such as ...

Synthesis of a Thiol Building Block for the Crystallization of a Semiconducting Gyroidal Metal-sulfur Framework

We present a method for preparing thioester molecules as the masked form of the thiol linkers and their utilization for accessing a semiconducting and porous metal-dithiolene network in the highly ordered single crystalline state. Unlike the highly reactive free-standing thiols, which tend to decompose and complicate the crystallization of metal-thiolate open frameworks, the thioester reacts in situ to provide the thiol species, serving to mitigate the reaction between the mercaptan units and the metal centers, and to improve crystallization consequently. Specifically, the thioester was synthesized in a one-pot procedure: an aromatic bromide (hexabromotriphenylene) reacted with excess sodium thiomethoxide under vigorous conditions to first form the thioether intermediate product. The thioether was then demethylated by the excess thiomethoxide to provide the thiolate anion that was acylated to form the thioester product. The thioester was conveniently purified by standard column chromatography, and then used directly in the framework synthesis, wherein NaOH and ethylenediamine serve to revert in situ the thioester to the thiol linker for assembling the single-crystalline Pb(II)-dithiolene network. Compared with other methods for thiol synthesis (e.g., by cleaving alkyl thioether using sodium metal and liquid ammonia), the thioester synthesis here uses simple conditions and economical reagents. Moreover, the thioester product is stable and can be conveniently handled and stored. More importantly, in contrast to the generic difficulty in accessing crystalline metal-thiolate open frameworks, we demonstrate that using the thioester for in situ formation of the thiol linker greatly improves the crystallinity of the solid-state product. We intend to encourage broader research efforts on the technologically important metal-sulfur frameworks by disclosing the synthetic protocol for the thioester as well as the crystalline framework solid.

Here, we present a one-pot, transition-metal-free synthesis of thiols and thioesters from aromatic halides and sodium thiomethoxide, followed by the preparation of single crystals of a metal-dithiolene network using thiol species generated in situ from the more stable and tractable thioester.

סינתזה של אבן בניין תיול עבור התגבשויות של מסגרת מתכת Gyroidal-גופרית מוליכים למחצה

We present a method for preparing thioester molecules as the masked form of the thiol linkers and their utilization for accessing a semiconducting and ...

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.

Functionalization פני השטח של מסגרות מתכת-אורגנית להתנגדות לחות משופר

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

In situ FTIR Spectroscopy as a Tool for Investigation of Gas/Solid Interaction: Water-Enhanced CO2 Adsorption in UiO-66 Metal-Organic Framework

In situ infrared spectroscopy is an inexpensive, highly sensitive, and selective valuable tool to investigate the interaction of polycrystalline solids with adsorbates. Vibrational spectra provide information on the chemical nature of adsorbed species and their structure. Thus, they are very useful for obtaining molecular level understanding of surface species. The IR spectrum of the sample itself gives some direct information about the material. General conclusions can be drawn concerning hydroxyl groups, some stable surface species and impurities. However, the spectrum of the sample is &#34;blind&#34; with respect to the presence of coordinatively unsaturated ions and gives rather poor information about the acidity of surface hydroxyls, species decisive for the adsorption and catalytic properties of the materials. Furthermore, no discrimination between bulk and surface species can be made. These problems are solved by the use of probe molecules, substances that interact specifically with the surface; the alteration of some spectral features of these molecules as a result of adsorption provides valuable information about the nature, properties, location, concentration, etc., of the surface sites.
The experimental protocol for in-situ IR studies of gas/sample interaction includes preparation of a sample pellet, activation of the material, initial spectral characterization through the analysis of the background spectra, characterization by probe molecules, and study of the interaction with a particular set of gas mixtures. In this paper we investigate a zirconium terephthalate metal organic framework, Zr6O4(OH)4(BDC)6 (BDC = benzene-1,4-dicarboxylate), namely UiO-66 (UiO refers to University of Oslo). The acid sites of the UiO-66 sample are determined by using CO and CD3CN as molecular probes. Furthermore, we have demonstrated that CO2 is adsorbed on basic sites exposed on dehydroxylated UiO-66. Introduction of water to the system produces hydroxyl groups acting as additional CO2 adsorption sites. As a result, CO2 adsorption capacity of the sample is strongly enhanced.

In situ FTIR Spectroscopy as a Tool for Investigation of Gas/Solid Interaction: Water-Enhanced CO2 Adsorption in UiO-66 Metal-Organic Framework

The use of FTIR spectroscopy for investigation of the surface properties of polycrystalline solids is described. Preparation of sample pellets, activation procedures, characterization with probe molecules and model studies of CO2 adsorption are discussed.

באתרו FTIR ספקטרוסקופיית ככלי לחקירת גז/אינטראקציה מוצקה: שיתוף משופר מים2 Adsorption ב uio-66 מתכת-אורגני המסגרת

In situ infrared spectroscopy is an inexpensive, highly sensitive, and selective valuable tool to investigate the interaction of polycrystalline solids ...

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.

פיתוח זרזים הטרוגנית אנאנטיוניקטיביים באמצעות מתכת כיאלית-אורגנית מסגרות (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.

סינתזה של מסגרות מתכת-אורגניות חד-גבישיות

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.

מדריך טכני לביצוע מדידות ספקטרוסקופיות במסגרות מתכת-אורגניות

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

סינתזה של MOFs בעלי ערכיות נמוכה מקישורי פוספין רב-נושאיים

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.

מחבר זרקור: גישות ניסיוניות לסינתזה של מסגרות מתכת-אורגניות בעלות ערך נמוך ממקשרי פוספין רב-נושאיים  

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.

גישות ניסיוניות לסינתזה של מסגרות מתכת-אורגניות בעלות ערך נמוך ממקשרים רב-נושאיים של פוספין

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