Solvothermal синтез MIL-96 и UiO-66-NH₂ атомного слоя на хранение окиси металла покрытия волокно коврики

Металл органических структур являются кристаллические структуры, состоящей из центров реактивного металла кластеров, мостовой, органические молекулы линкеры предоставлять большой пористости и площади поверхности. Их структура, пористость и функциональность могут разрабатываться, выбрав соответствующие кластеры и компоновщики, ведущих к площади поверхности до 7000 м2/г_МФ^1,2. Их высокая пористость и площадь поверхности сделали MOFs разнообразно применимым в адсорбции, разделения и несродное катализирование в областях, начиная от производства энергии экологических проблем биологических процессов^{1,3, 4,5,6}.

Многочисленные MOFs оказались успешными в выборочно поглощения парниковых газов и летучих органических соединений или каталитически деградировать химических веществ, которые могут оказаться вредными для здоровья человека или окружающей среды. В частности MIL-96 (Al) показал избирательно адсорбирует азотистых летучих органических соединений (Лос) из-за наличия одинокий пара электронов в азота группы координировать с слабой Льюис кислоты Аль в металлических кластеры⁷. MIL-96 также было показано, чтобы поглощать газы, такие как CO₂, p-ксилол и м-ксилола^8,9. МФ адсорбционной селективности зависит как кислота Льюиса металла кластера, а также размер пор. Размер пор MIL-96 увеличивается с температурой, что приводит к увеличению адсорбционной емкостью trimethylbenzene с повышенной температурой и предоставляет возможность настраивать избирательность с адсорбции температуры⁹.

Второй МФ акцент здесь, UiO-66-NH₂ было показано каталитически ухудшить имитаторах и боевых химических агентов (CWA). Аминовая группа на компоновщик обеспечивает синергетический эффект в унижающих человеческое достоинство нервно-паралитических ОВ, предотвращая продуктов разложения агента от привязки необратимо кластерам, циркония и отравления МФ¹⁰. UiO-66-NH₂ каталитически гидролизованный диметил p– nitrophenylphosphate (DMNP) с периодом полураспада как 0.7 минут в условиях буферизации, короче почти в 20 раз быстрее, чем ее базовый МФ UiO-66^11,12.

Хотя эти процессы адсорбции и каталитические свойства являются многообещающими, физическая форма MOFs, главным образом порошок оптом, может быть трудно включить в платформы для улавливания и фильтрации без добавления значительных навалом, забивая поры или сокращение МФ гибкость. Альтернативой является создание MOF функционализированных ткани. MOFs были включены в ткани в множеством способов, включая electrospinning МФ порошок/полимерные растворы, клеющие смеси, спрей покрытия, solvothermal рост, Микроволновая синтезы и слой за слоем роста метод^{13,14 , 15 , 16 , 17 , 18}. из них, electrospinning и полимерные клеи может привести к функциональным сайты заблокированы на МФ как они инкапсулируются в полимере, значительно уменьшается емкость адсорбции и реактивности. Кроме того многие из этих методов не создавать конформных покрытий на волокна из-за линии визирования трудности или плохой адгезии/нуклеации и опора на чисто электростатического взаимодействия. Альтернативный метод заключается в первый слой ткани с металло-оксидный для укрепления поверхности взаимодействия с МФ^18,19.

Одним из методов оксидов металлов осаждения является атомно-слоевого осаждения (НОП). ALD является техника для нанесения конформных тонких пленок, контролируемый атомного масштаба. Этот процесс использует две половины реакций, которые происходят только на поверхности субстрата быть покрыты. Первый шаг заключается в дозе металлсодержащих прекурсоров, который реагирует с hydroxyls на поверхности, оставляя поверхность metallated, в то время как избыток реагентов удаляется из системы. Второй реагент является кислородосодержащих реагент, обычно вода, которая реагирует с металлическими сайтов сформировать окиси металла. Опять же, избыток воды и любые продукты реакции удаляются из системы. Эти чередующиеся доз и чистки может повторяться до тех пор, пока желаемый фильм толщина достигается (рис. 1). Атомно-слоевое осаждение особенно полезна, потому что мелких паров прекурсоров фазы позволяют для конформных фильмов на любой поверхности субстратов с сложной топологии, таких как волокно коврики. Кроме того для получения полимеров, таких как полипропилен, ALD условия позволяют покрытия к диффундируют в поверхности волокна, обеспечивая сильное якорь для будущего роста МФ²⁰.

Покрытие окиси металла позволяет для расширения нуклеации сайтов на волокна во время синтеза традиционных solvothermal путем увеличения функциональных групп и шероховатости^18,20. Наша группа ранее показал окиси металла МОП базовый слой является эффективным для UiO-6 X, HKUST-1 и другие синтезы через различные маршруты solvothermal, слой за слоем и гидрокси двойной соли преобразования методов^{13,17, 18,21,22,23}. Здесь мы показываем, два типы синтеза. Материалы MIL образуются путем преобразования Al₂O₃ ALD покрытия непосредственно в МФ путем диффузии органических компоновщика. Погрузив Al₂O₃ ALD покрытием волокна мат в раствор кислоты trimesic и Отопление, органических компоновщик диффундирует в покрытие окиси металла в форме MIL-96. Это приводит к строго соблюдаться, конформное покрытие МФ на поверхности каждого волокна. Второй подход синтеза вызывает для типичных UiO-66-NH₂ гидротермального синтеза с использованием металлических и органических прекурсоров, но добавляет окиси металла с покрытием волокна ковра, на котором зарождается МФ. Для обоих подходов, синтез, результирующий продукты состоят из конформное тонких пленок МФ кристаллы строго придерживаться поддержки ткани. В случае MIL-96 они могут быть включены в фильтры для адсорбции Лос или парниковых газов. Для UiO-66-NH₂ эти ткани могут легко включены в легкий защитную одежду для военного персонала, первой помощи и гражданских лиц для непрерывной защиты против атак CWA.