Name: electrophoretic crystallization of ultrathin high-performance metal-organic framework membranes
Uploaded: 2018-08-16T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Electrophoretic Crystallization of Ultrathin High-performance Metal-organic Framework Membranes at JoVE.com

نعترف بمؤسستنا المنزل، مدرسة البوليتكنيك Fédérale دي لوزان، على دعمها السخي. هذا المشروع قد تلقي تمويلاً من أفق 2020 البحث الاتحاد الأوروبي في والابتكار برنامج تحت Skłodowska ماري كوري-منح الاتفاق رقم 665667. يشكر المؤلفون باسكال ألكسندر شووينك لمساعدته مع زرد.

تنبيه: اقرأ بعناية صحائف بيانات سلامة المواد (MSDS) للمواد الكيميائية المعنية. بعض المواد الكيميائية المستخدمة في هذه التجربة مواد سامة. الأسلوب الحالي ينطوي على تجميع جسيمات نانوية. ولذلك، اتخاذ الاحتياطات المناسبة. يجب أن يتم إجراء توليف كامل بغطاء دخان جيد التهوية.
ملاحظة:...

<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>

ميزة موقع الصدارة من الأسلوب سن فيما يتعلق ب الأساليب القائمة15 أن الأسلوب سن يمكن توليف الأفلام MOF إينتيرجروون عالية، سامسونج على مجموعة واسعة من ركائز المسامية ونونبوروس. هو تجنب أي الركازة المعالجة المسبقة، مما يجعل هذا الأسلوب واضحة تماما لتوليف الأفلام MOF. وبالرغم من الع?...

تقدم من كفاءة الطاقة عالية في فصل جزيئات رقيقة الأغشية الجزيئية النخل ويمكن أن تقلل من التكلفة الإجمالية للوقود، التقاط2 CO، وتنقية المياه، واستعادة المذيبات، إلخ1،2. Mof فئة واعدة من المواد لتركيب الأغشية الجزيئية النخل بسبب الكيمياء التركيبية إيسوريتيكولار المشتركة وبلورة واضحة نسبيا3. حتى الآن، MOF الأغشية وتضم هياكل بلورية متنوعة، بما في ذلك أن من زيف-4-7،-8، كانت-9-11،-67،-90، و-93، والارجان-66، HKUST-1 وشركة مالونغوشي-53 ذكرت4،5. يتم توليف هذه الأغشية ببلورة الأفلام MOF الكريستالات عالية الجودة على دعم مسامية. عموما، للحصول على انتقائية فصل عالية، من الضروري الحد من العيوب في الفيلم MOF الكريستالات (مثل الثقوب والعيوب الحبوب للحدود). اتباع نهج مناسب للحد من العيوب بلورة فيلما سميكة. ليس من المستغرب أن العديد من ذكرت في وقت سابق في وزارة المالية أغشية سميكة جداً (أكثر من 5 ميكرومتر). الأفلام سميكة للأسف، يؤدي إلى مسار نشر طويلة، مما يحد من منافذه الغشاء. ولذلك، بينما يتم تحسين الانتقائية، هو التضحية بمنافذه. للالتفاف على هذه المفاضلة، من الضروري وضع أساليب لبلورة سامسونج (< 0.5 ميكرومتر سميكة)، الأفلام MOF خالية من العيوب.
زيف-8 الأكثر كثافة درس MOF لتركيب الغشاء، بسبب استقرارها الكيميائي والحراري استثنائية وبلورة بسيطة كيمياء6،7. وحتى الآن، تحققت الأغشية زيف-8 التي أبلغ عنها سامسونج بتغيير الكيمياء السطحية أو طبولوجيا من الركازة المليئة بالثغرات الكامنة، تحابي التنو غير متجانسة من زيف-8، هو أمر ضروري لفيلم الكريستالات إينتيرجروون. على سبيل المثال، تشن وآخرون. عن توليف الفيلم زيف-8 ميكرومتر سميكة 1 (3-أمينوبروبيل) تريثوكسيسيلاني-تعديل TiO2-poly(vinylidene fluoride) المغلفة (PVDF) جوفاء ألياف8. لاحظ كثافة عالية التنو غير متجانسة، وعزاه إلى التعديل المتزامن للكيمياء السطحية ونانوستروكتوري. أفاد فريق بينيمان غشاء زيف-8 سامسونج على دعم بوليثيوسيميكاربازيدي (بتسك) خالب معدن،9. هذه الإمكانية خالب معدنية فريدة من نوعها من بتسك أدى إلى ربط أيونات الزنك، تعزيز التنو غير متجانسة من زيف-8 أدت بعد ذلك إلى أغشية زيف-8 عالية الأداء. وبصفة عامة، ضبط كيمياء الركيزة و nanostructure يسهل تركيب الأغشية MOF عالية الأداء؛ ومع ذلك، هذه الأساليب معقدة جداً، وعادة لا تكون إعادة تطبيق لتجميع MOF أغشية من هياكل وزارة المالية الجذابة الأخرى.
هنا، نحن تقرير التوليف من سامسونج، إينتيرجروون عالية أفلام زيف-8 استخدام نهج بلورة بسيطة وتنوعاً التي يمكن إعادة تطبيقه لتشكل طبقة رقيقة إينتيرجروون من عدة مواد بلورية10. نعرض أمثلة للأفلام 8 زيف وزيف-7 إعداد بدون أي معالجة مسبقة الركازة، الذي يبسط إلى حد كبير عملية إعداد. وتعد أفلام زيف-8 على مجموعة واسعة من ركائز (السيراميك والبوليمر، والمعادن، والكربون والجرافين). يعرض الفيلم زيف-8 500 نانومتر سميكة على وجود دعم انوديك أكسيد الألومنيوم (AAO) على أداء الفاصل جذابة. منافذه2 ح عالية من 8.3 × 10-6 مول م-2 s السلطة الفلسطينية-1 -1 وجذابة سيليكتيفيتيس مثالية 7.3 (ح2/CO2) و 15.5 (ح2/N2) 16.2 (ح2/CH4) 2655 (ح 2/ج3ح8) يتم تحقيقه.
تبلور والنهج التي تمكن الفذ المذكور أعلاه هو سن. سن رواسب نويات زيف-8 على الركازة مباشرة من سول السليفة للبلورة. يستخدم هذا النهج العوالق لفترة قصيرة جداً من الزمن (1-4 دقيقة) الحق بعد الوقت التعريفي (الوقت عندما تظهر الأنوية في سول السليفة). تطبيق المجال الكهربائي على الأنوية MOF مشحونة يدفعهم نحو قطب كهربائي مع التمويه الذي يتناسب مع قوة التطبيقية المجال الكهربائي (E)، تنقل الغرواني الكهربي الغروانية (μ)، وتركيز نوى (جن) كما هو مبين في المعادلات 1 و 2.
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58301/58301eq1.jpg"> (المعادلة 1)
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/58301/58301eq2.jpg"> (المعادلة 2)
هنا، v = سرعة الانجراف، Ζ = إمكانات زيتا الأنوية، اليوروس = سماحية الفراغ، اليوروr = ثابت عازل، و Η = لزوجة سول السليفة.
لذلك، عن طريق التحكم الإلكتروني ودرجة الحموضة الحل (الذي يحدد ζ)، يمكن التحكم بكثافة التعبئة الأنوية. نمو نويات المزدحمة في سول السليفة اللاحقة يسمح للباحثين للحصول على فيلم الكريستالات إينتيرجروون عالية.

<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

نحن تقرير تركيب الأغشية المعدنية العضوية الإطار (MOF) الكريستالات رقيقة، إينتيرجروون العالية، في طائفة واسعة من غير معدلة تدعم المسامية وغير المسامية (البوليمر والسيراميك والمعادن، والكربون والجرافين). قمنا بتطوير تقنية بلورة رواية، الذي هو ما يسمى بالنهج سن: الجمعية نويات الغرواني الكهربي لبلورة الأغشية الرقيقة جداً إينتيرجروون (سن). ويسمح هذا النهج لكثافة عالية من نويات غير متجانسة من Mof في الركازة مختارة عن طريق ترسب الغرواني الكهربي (العوالق) مباشرة من سول السليفة. نمو نويات MOF معبأة جيدا يؤدي إلى فيلم MOF الكريستالات إينتيرجروون عالية. ونحن تبين أن هذا النهج بسيطة يمكن أن تستخدم لتركيب إطار ايميدازول زيوليت رقيقة، إينتيرجروون (زيف)-7 وزيف-8 أفلام. إظهار الناتج 500 نانومتر سميكة الأغشية زيف-8 إلى حد كبير ارتفاع ح2 منافذه (8.3 × 10-6 مول م-2 s-1 السلطة الفلسطينية-1) وغاز مثالية سيليكتيفيتيس (7.3 ح2/CO2، 15.5 ح2/N2، 16.2 ح2/CH4، و 2655 لح2/ج3ح8). على أداء جذاب ج3ح6/ج3ح8 الفصل أيضا تحقيق (ج3ح6 منافذه من 9.9 × 10-8 جزئ m-2 s-1 السلطة الفلسطينية-1 و ج3ح 6/ج3ح8 مثالية الانتقائية من 31.6 عند 25 درجة مئوية). وعموما، يمكن تمديد عملية سن، نظراً لبساطته، توليف إينتيرجروون الأغشية الرقيقة لمجموعة واسعة من المواد البلورية نانوبوروس.

تم استخدام هيكل قائم محلية صنع لتوليف الأفلام MOF (الشكل 1). مسح صور المجهر الإلكتروني (SEM) وحيود الأشعة السينية (XRD) وقد جمعت أنماط للفيلم زيف-8 نوى (الشكل 2). واستخدمت وزارة شؤون المرأة لصورة مورفولوجيس السطحية ومستعرضة الدعم AAO والغشاء زيف-8/AAO،...

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

تبلور الغرواني الكهربي الأغشية سامسونج إطار المعادن العضوية عالية الأداء

ويرد نهج بسيط واستنساخه وتنوعاً لتركيب الأغشية المعدنية العضوية إطار الكريستالات إينتيرجروون، في طائفة واسعة من غير معدلة مسامية وغير المسامية ويدعم.

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

Synthesis and Characterization of Functionalized Metal-organic Frameworks

أطر توليف وتوصيف بين functionalized المعدنية العضوية

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

Synthesis of a Water-soluble MetalÃƒÆ’Ã‚Â¢ÃƒÂ¢Ã¢â‚¬Å¡Ã‚Â¬ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã…â€œOrganic Complex Array

توليف مجموعة معقدة للذوبان في الماء المعدنية العضوية

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

توليف لكتلة الإنشاء ثيول لبلورة إطار جيرويدال معدن الكبريت انتشارية

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

الروغان السطحية من الأطر المعدنية العضوية لمقاومة الرطوبة محسنة

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

في الموقع التحليل الطيفي FTIR كأداة للتحقيق في الغاز/ التفاعل الصلب: امتصاصثاني أكسيد الكربون المحسن بالماء في إطار UiO-66 المعدني العضوي

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)

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

تطوير المواد الحفازه غير المتجانسة الاختيارية التي تستخدم الأطر المعدنية العضوية (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. ...

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

دليل تقني لإجراء القياسات الطيفية على الأطر المعدنية العضوية

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

Synthesis and Discovery of Phosphonate-Based MOFs: A Solvothermal Approach

Discovery and Synthesis Optimization of Isoreticular Al(III) Phosphonate-Based Metal-Organic Framework Compounds Using High-Throughput Methods

Accelerating Discovery in Microporous Material Chemistry (Video) | JoVE

الاكتشاف والتخليق الأمثل لمركبات الإطار المعدني العضوي القائمة على الفوسفونات المتماثلة الفوسفات باستخدام طرق عالية الإنتاجية

High-throughput (HT) methods are an important tool for the fast and efficient screening of synthesis parameters and the discovery of new materials. This ...