Ev bizim kurum, anıyoruz École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), onun cömert desteği. Bu proje Avrupa Birliği'nin ufuk 2020 araştırma fon aldı ve yenilik programı Marie Skłodowska-Curie altında Hibe Sözleşmesi No 665667. Yazarlar Pascal Alexander Schouwink XRD ile yardım için teşekkür ederiz.

Uyarı: dikkatli bir şekilde yer alan kimyasal maddelerin malzeme güvenlik bilgi formları (MSDS) okuyun. Denemede kullanılan kimyasalların bazılarını zehirlidir. Mevcut Yöntem nano tanecikleri sentezi içerir. Bu nedenle, uygun önlemleri alın. Tüm sentez yordam iyi havalandırılmış duman mahallede gerçekleştirilmelidir.
Not: Aletleri, kimyasallar ve MOF filmleri sentezinde yer alan malzemeler ayrıntılarını Tablo 1' de listelenmiştir.
1. hazırlanması bir Metal tuz solüsyonu ve bağlayıcı çözüm için habercisi Sol
Not: ZIF-8 film sentezi için çinko nitrat hekzahidrat [Zn (NO3)2.6H2O] metal tuzu kullanılır ve 2-methylimidazole (HmIm) bağlayıcı kullanılır.
<ol><li>Metal tuz solüsyonu Zn (NO3)2.6H2O 500 ml su 2.75 g geçiyoruz.</li>
	<li>Bağlayıcı çözüm için HmIm 56.75 g 500 mL su içinde dağıtılması ve sürekli olarak net bir çözüm elde edilir kadar karıştırın.</li>
</ol>2. Cu elektrotlar hazırlanması
<ol><li>Yüksek saflıkta bakır folyo (% 99.9 saflık ile 127 µm kalınlığında) 4 x 4 cm parçalar halinde kesin.</li>
	<li>Kesilmiş folyo Cu timsah klipleri bir dizi sıkma kolaylığı için kare folyo kenarlarını birinden 0.5 cm uzaklıkta bir çizgi çizin.</li>
	<li>Silindirik bir silindiri temiz bir yüzey üzerinde kullanarak folyo düzleştirin.</li>
	<li>Bakır folyo banyo sonication aseton isopropanol 15 dakika içinde banyo sonication ardından 15 dakika içinde iyice temizleyin.</li>
	<li>Temiz bir ortamda bakır folyo kuru.</li>
</ol>3. ekin yüzeylerde elektrot (katot) için
Not: MOF film yatırmak için uygun bir substrat açmadı. Yöntemi için AAO (Anodisc, 13 mm çap barındırma gözenekleri 0,1 µm gözenek çapı ile), poliakrilonitril uygulanabilir (PAN, molekül ağırlığı kesme: 100 kDa), Cu folyo (% 99.9 saflık, 25 µm kalınlığında), üzerinde bir kimyasal buhar biriktirme-tabanlı grafen filmi bir Cu folyo11ve bir ev yapımı nanoporous Karbon film Cu folyo12,13,14tarihinde dinleniyor.
<ol><li>Dikkatli bir şekilde istenen substrat bir bant kullanarak Cu elektrot ortasına yerleştirin.</li>
	<li>Substrat/elektrot derleme suyla isopropanol tarafından takip ve yine yaklaşık 1 dakika için su ile durulayın.</li>
	<li>Çıplak Cu elektrot (4 x 4 cm) için anot iliştirin. Sonra substrat/elektrot derleme katot için ekleyin.</li>
	<li>1 cm 100 mL Cam kabı içinde iki elektrot arasındaki mesafeyi ayarlayın.</li>
</ol>4 yordam SAHNELEMEK için ZIF-8 Film
<ol><li>31,6 g metal öncü çözüm ve ligand çözüm bir 100 mL ölçek 35 g mix ve 30 için heyecan s habercisi sol oluşturmak için oda sıcaklığında. Not: İndüksiyon, ZIF-8 bu koşullarda 60 az zamanı s ve bu nedenle, EPD var gecikmeden uygulanacak.</li>
	<li>Öncü sol elektrotlar barındırma gemi aktarın.</li>
	<li>Her iki elektrot elektrotlar 3.5 cm işareti kadar bırakın. Not: bizim deneylerden önce sol yaşlanma 3 dk. daha küçük ZIF-8 çekirdek penetrasyon için kaçınılması gereken gözenekli yüzeylerde (Bu özel durumda AAO), gözenekleri içine neden elektrik alan uygulama biz gözlemledim. Çekirdeklerin biraz daha büyük büyümek ne zaman bu nedenle, elektrik alanı sadece 3 dakika sonra açılır.</li>
	<li>EPD 1 V 4 min için bir ifade gerilim ile yerine getirir. Geçerli 2.5-3.5 mA aralığında olmalıdır.</li>
	<li>EPD sonunda kabı yavaşça indirin. Taze yatırılan çekirdeği ve substrat arasında yapışma zayıf olduğu için son derece dikkatli belgili tanımlık substrate taşıma sırasında alınmalıdır.</li>
	<li>Kurutulmuş substrat mikroskobik cam slaytlara aktarın. Bant yüzey tutmak için kullanın.</li>
	<li>Kristal büyüme için 31,6 g metal tuz solüsyonu ve bağlayıcı çözüm bir 100 mL ölçek 35 g karıştırın.</li>
	<li>Mikroskobik cam kaymak belgili tanımlık substrate birlikte dikey olarak öncü çözümde yerleştirin ve 30 ° C'de 10 h için rahatsız bekletin</li>
	<li>Sonra en fazla 10 saat kristal büyüme, substrat 30 dk için su ile durulayın ve temiz bir ortamda kuru.</li>
</ol>5. yordam SAHNELEMEK için ZIF-7 Film
<ol><li>ZIF-7 filmin bir AAO destek bir ZIF-8 film için ama aşağıdaki farkları ile kullanılan benzer bir yöntem tarafından sentez.</li>
	<li>Zn (NO3) 0,82 g karıştırma sonra2·6H2O 30 ml dimethylformamide (DMF) ve 0,72 g benzimidazole 30 ml metanol 3 dk, çalışma yürütmek EPD 1 dk için.</li>
	<li>Bir intergrown ZIF-7 film ZIF-7 çekirdek film Zn (NO3)2·6H2O 0,58 g, benzimidazole 0.3 g ve DMF 30 mL 110 ° c 4 h için içeren bir habercisi sol çeker tarafından sentez.</li>
	<li>Çözüm soğutma sonra ZIF-7/AAO membran DMF 12 h için 60 ° C'de kurutma tarafından takip içinde ıslatarak yıkayın.</li>
</ol>6. membran hazırlanması ve karakterizasyonu
<ol><li>
Membran hazırlanması
	<ol>
<li>Bir dolgu macunu kursları, reçine ve sertleştirici eşit oranda iyice karıştırın ve 1 h için karışım bırakın.</li>
		<li>ZIF-8/destek membranlar 5 mm çaplı delik Merkezi ile 24 mm çapında çelik disk yerleştirin.</li>
		<li>Epoksi yüzey başta kenarları boyunca uygulayın ve daha sonra 5 mm çapında delik Merkezi dışında substrat kapsar.</li>
		<li>Epoksi kuru gece kalmak için izin verir.</li>
		<li>Stereo mikroskop membran ile birlikte bilinen başvuru ölçek inceden inceye gözden geçirmek için kullanın.</li>
		<li>Açık alan taranmış görüntüden membran hesaplamak için grafik yazılımı kullanın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Gaz nüfuz testi Not: bizim deneylerde tek bileşenli gaz Permeasyon testler ev yapımı Permeasyon hücrede kötü Kallenbach tekniği ile yapılmıştır. Kitle akış kontrolcüler (MKS) ve kütle spektrometre Permeasyon set-up kullanılan %5 hata bir dizi içinde kalibre. Kitle akış kontrolcüler (MFC) yem ve süpürme gaz debisi düzenlenir. AR permeate gaz kalibre edilmiş kütle spektrometre (MS) için yapılan süpürme gaz permeate konsantrasyon gerçek zamanlı bir analizi için kullanılır.<ol>
<li>Çelik disk membran ile paslanmaz çelik Permeasyon hücreye yerleştirin.</li>
		<li>Viton o-ring yukarıdaki yerleştirerek ve çelik disk aşağıda bir sızıntı geçirmez uyum sağlar ve vidaları sıkıştırın. Adsorbed su sentezi sırasında kaldırmak için bir sabit H2 permeance ulaşıncaya kadar 130 ° c H2/Ar atmosfer altında membranlar kuru.</li>
		<li>Set-up fırın yerleştirin ve 130 ° c sıcaklık ayarla</li>
		<li>Yem ve süpürme satırlar ısıtılmış emin olun.</li>
		<li>Gaz akış oranları yem ve süpürme taraf 30 mL/dk için ayarlayın.</li>
		<li>Yem ve retentate iğne vanaları ayarlayarak süpürme yan ve permeate yan 0.1 MPa basınç sırasıyla korumak.</li>
		<li>Kararlı bir duruma kurulduktan sonra permeance hesaplayın.</li>
		<li>Yavaş yavaş fırında (yaklaşık 2 h) 30 ° c sakin ve kararlı bir duruma kurulduktan sonra değerlerini yeniden kaydedin.</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>

Yazarlar ifşa gerek yok.

ENACT yöntemi ile ilgili mevcut yöntemleri15 çarpıcı özelliği ENACT yöntemi son derece intergrown, ultrathin MOF filmleri geniş gözenekli ve gözeneksiz yüzeylerde bir sentez sağlar olduğunu. Bu yöntem oldukça basit MOF filmleri sentezi için yapma herhangi bir Substrat Önarıtma önlenmiş olur. EPD ekipman bir çekirdek film ifade için kullanılacak olsa da, ekipman bir güç kaynağı, bir metal elektrot ve oldukça basit ve erişilebilir bir ölçek oluşur. Bizce bu facile EN...

İnce moleküler eleme membran molekülleri ayrılması bir yüksek enerji verimliliği sunar ve yakıtlar, CO2 yakalama, su arıtma, Çözelti iyileştirme, vb1,2genel maliyetini azaltabilir. MOF'lar bir umut verici moleküler eleme zarları sentezi için malzeme dahil isoreticular sentetik kimya ve nispeten basit kristalizasyon3nedeniyle sınıfıdır. Bugüne kadar MOF membranlar ZIF-4, -7, -8, bildirilen4,5-9, -11, -67,-90 ve-93 ve UIO-66, HKUST-1 ve MIL-53 olmuştur dahil olmak üzere çeşitli kristal yapıları, oluşan. Bu membran yüksek kaliteli polikristalin MOF filmleri gözenekli bir destek crystallizing tarafından sentezlenen. Genel olarak, yüksek ayırma seçicilik elde etmek için (örneğin, iğne deliği ve tahıl-sınır kusurları) polikristalin MOF filmde kusurları azaltmak gereklidir. Kalın bir film kristalize için kusurları azaltmak için uygun bir yaklaşım olacaktır. Doğal olarak, birkaç daha önce bildirilen MOF üzerinde membranlar (üzerinde 5 mikron) son derece kalın kafalısın. Ne yazık ki, kalın filmlerin membran permeance sınırlayan bir uzun difüzyon yolu için yol. Bu nedenle, seçicilik geliştirilmiş olsa da, permeance feda etti. Bu ticaret-off aşmak için ultrathin kristalize yöntemleri geliştirmek için zorunludur (< 0,5 µm kalınlığında), kusur-ücretsiz MOF filmler.
ZIF-8 en yoğun olarak olağanüstü kimyasal ve termal istikrarı ve basit kristalizasyon Kimya6,7nedeniyle membran sentezi için MOF okudu var. Şimdiye kadar bildirilen ultrathin ZIF-8 membran yüzey kimyası ve ZIF-8, türdeş olmayan çekirdekleşme lehine bir intergrown polikristalin film için gerekli olan temel gözenekli yüzey topolojisinin değiştirerek gerçekleştirilmiştir. Örneğin, Chen ve ark. 1 µm kalınlığında ZIF-8 film sentezi (3-aminopropyl) triethoxysilane-modified TiO2üzerinde bildirdi-kaplamalı poly(vinylidene fluoride) (PVDF) içi boş lifler8. Onlar yüksek heterojen çekirdekleşme yoğunluğu gözlenen ve yüzey kimyası ve nanostructure aynı anda değişiklik için atfedilen. Peinemann grup ultrathin ZIF-8 membran bir metal-şelat, polythiosemicarbazide (PTSC) Destek9tarihinde bildirdi. Bu benzersiz metal şelat yeteneğini PTSC heterojen çekirdekleşme ZIF-8 yol açan, daha sonra yüksek performanslı ZIF-8 membranlar için teşvik bağlama çinko iyonlarının yol açtı. Genel olarak, tuning yüzey kimyası ve nanostructure yüksek performanslı MOF zarları sentezi kolaylaştırır; Ancak, bu yöntemlerin oldukça karmaşıktır ve genellikle diğer çekici MOF yapılardan MOF membranlar sentez için yeniden olamaz.
Burada, biz son derece çeşitli kristal malzemeler10ince bir intergrown film oluşturmak için yeniden bir basit ve çok yönlü kristalizasyon yaklaşım kullanarak ZIF-8 filmler intergrown sentezi ultrathin, raporu. ZIF-8 ve ZIF-7 film hazırlama işlemini büyük ölçüde basitleştirir herhangi bir Substrat Önarıtma hazırlanan örnekleri gösterir. ZIF-8 filmleri geniş bir yüzeylerde (seramik, polimer, metal, karbon ve grafen) hazırlanır. Anodik alüminyum oksit (AAO) desteği 500 nm-kalın ZIF-8 filmde bir çekici ayrılık performans görüntüler. Yüksek H2 permeance 8,3 x 10-6 mol m-2 s-1 Pa-1 ve çekici ideal selectivities 7,3 (H2Co2), 15,5 (H2/n2), 16,2 (H2/CH4) ve 2655 (H 2/C3H8) elde edilir.
Yukarıda belirtilen feat sağlayan kristalizasyon ENACT yaklaşımdır. ENACT doğrudan doğruya--dan crystal'ın habercisi sol bir substrat üzerine ZIF-8 çekirdek mevduat. Yaklaşım EPD doğru-den sonra bu indüksiyon zaman (ne zaman çekirdeklerin habercisi sol görünür zaman) süresi (1-4 dk) çok kısa bir süre için kullanır. Elektrik alan uygulamaya şarj edilmiş MOF çekirdeklerin onlara doğru bir elektrot Uygulamalı Elektrik alanı (E), (μ) kolloid elektroforetik hareketliliğini ve konsantrasyon gücünü orantılı bir akı ile sürücüler çekirdek (Cn) denklemler 1 ve 2 gösterildiği gibi.
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58301/58301eq1.jpg"> (Denklem 1)
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/58301/58301eq2.jpg"> (Denklem 2)
Burada, v = drift hızı Ζ çekirdekleri, zeta potansiyeli = εo vakum, geçirgenlik = εr = dielektrik sabiti ve η habercisi sol viskozite =.
Bu nedenle, E ve (ζ belirleyen) çözüm pH kontrol ederek, çekirdeği paketleme yoğunluğu kontrol edilebilir. Öncü sol yoğun dolu çekirdeği sonraki büyüme araştırmacılar bir son derece intergrown polikristalin film elde etmek için izin verir.

<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

Biz geniş bir değiştirilmemiş gözenekli ve gözenekli olmayan destekler (polimer, seramik, metal, karbon ve grafen) ince, son derece intergrown, polikristalin metal organik framework (MOF) membranlar sentez raporu. Biz ENACT yaklaşım olarak adlandırdığı bir roman kristalizasyon tekniği, gelişmiş değil: son derece intergrown ince filmler (ENACT) kristalizasyon elektroforetik çekirdek derleme. Bu yaklaşım MOF'lar heterojen çekirdekleşme bir seçilen yüzey yolu ile doğrudan doğruya--dan habercisi sol elektroforetik ifade (EPD) yüksek yoğunluğu sağlar. İyi paketlenmiş MOF çekirdeği büyüme son derece intergrown polikristalin MOF film izlemeye gidiyor. Bu basit yaklaşım ince, intergrown zeolit imidazole framework (ZIF) -7 ve ZIF-8 filmler sentezi için kullanılabileceğini göstermektedir. Bir önemli ölçüde yüksek H2 permeance x 10-6 mol m-2 s-1 Pa-1(8.3) ve ideal gaz selectivities (7,3 H2Co2, 15,5 H2/n2için için elde edilen 500 nm-kalın ZIF-8 membranlar göster 16,2 H2/CH4ve H2/C3H8için 2655). C3H6/C3H8 ayrılması için çekici bir performans da (bir C3H6 permeance 9,9 x 10-8 mol m-2 s-1 Pa-1 ve C3H, elde 6/C3H8 ideal selectivity 31,6 25 ° c). Genel olarak, sadeliği, sayesinde ENACT işlemi nanoporous kristal malzemeleri geniş bir intergrown ince filmlerin sentezlemek için genişletilebilir.

Ev yapımı EPD set-up MOF filimler (Şekil 1) sentezlemek için kullanıldı. Elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri ve x-ışını kırınım (XRD) tarama desenleri ZIF-8 çekirdek film (Şekil 2) için toplanmıştır. SEM yüzey ve kesitsel türleri morfoloji AAO destek, ZIF-8/AAO membran, PAN desteği, ZIF-8/PAN membran, ZIF-8/grafen film ve ZIF-7/AAO membran (Şekil 3) görüntü için kullan...

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

Elektroforetik kristalizasyon Ultrathin yüksek performanslı Metal organik Framework membranlar

Geniş bir değiştirilmemiş gözenekli üzerinde intergrown, polikristalin metal organik framework zarları sentezi için basit, tekrarlanabilir ve çok yönlü bir yaklaşım ve gözenekli olmayan destekler sunulmaktadır.

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 Görüntüleme.  École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Geniş bir değiştirilmemiş gözenekli üzerinde intergrown, polikristalin metal organik framework zarları sentezi için basit, tekrarlanabilir ve çok yönlü bir yaklaşım ve gözenekli olmayan destekler sunulmaktadır.

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.

Plazma ile Hidrofobik Metal-Organik Altyapıları hazırlanması Amonyak Kaldırma için perfluorobütanlar Kimyasal Buhar Kaplama Geliştirilmiş

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

Kimya

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.

Fonksiyonlu Sentezi ve Karakterizasyonu Metal-organik Altyapıları

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.

suda çözünür bir metal-organik kompleks dizi sentezi

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.

Bir yarıiletken Gyroidal Metal-kükürt çerçeve kristalleşme için Thiol yapı taşı sentezi

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.

Geliştirilmiş nem direnci için Metal organik çerçeveler yüzey Functionalization

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.

In situ Gaz/Katı Etkileşiminin Araştırılmasında Bir Araç Olarak FTIR Spektroskopisi: UiO-66 Metal-Organik Çerçevede Suyla Geliştirilmiş CO2 Adsorpsiyonu

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.

Chiral Metal-Organik Çerçeveler (MOFs) kullanılarak Heterojen Enantioselatif Katalizörlerin Geliştirilmesi

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.

Tek Kristalli Çekirdek-Kabuk Metal-Organik Çerçevelerin Sentezi

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.

Metal-Organik Çerçevelerde Spektroskopik Ölçümler Yapmak İçin Teknik Bir Kılavuz

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

Multitopik Fosfin Bağlayıcılardan Düşük Değerlikli MOF'ların Sentezi

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.

Yazar Spotlight: Çok Noktalı Fosfin Bağlayıcılardan Düşük Değerlikli Metal-Organik Çerçevelerin Sentezi için Deneysel Yaklaşımlar  

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.

Çok Amaçlı Fosfin Bağlayıcılardan Düşük Değerli Metal-Organik Çerçevelerin Sentezi için Deneysel Yaklaşımlar

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