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

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.
<p class="jove_ti...

<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>

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 ...

Research

JoVE Journal

Chemistry

Synthesis and Characterization of Functionalized Metal-organic Frameworks

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

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

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

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

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

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)

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

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. ...

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

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 ...

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

İzoretiküler Al(III) Fosfonat Bazlı Metal-Organik Çerçeve Bileşiklerinin Yüksek Verimli Yöntemler Kullanılarak Keşfi ve Sentez Optimizasyonu

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