Контроль стабильности металл-органических каркасных структур методом кварцекристаллического микровзвешивания на кварцевых резонаторах продольных колебаний

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

Рассмотрен метод контроля стабильности металл-органических каркасных структур ZrBDC, LaBTC, Cu3(BTC)2 и Basolite Z205 (BASF), подвергающихся воздействию паров растворителей: ацетона и воды. В качестве инструмента контроля предложен принцип микровзвешивания на кварцекристаллических резонаторах продольных колебаний. Показано, что по изменениям резонансной частоты и динамического сопротивления резонатора возможно не только контролировать изменение стабильности МОКС в режиме реального времени, но и фиксировать величину концентрации растворителя, при которой начинает происходить разрушение каркаса структуры. Использование метода показало, что ZrBDC и Cu3(BTC)2 оказались устойчивы к парам ацетона и воды в течение длительного времени и в широком диапазоне концентрации растворителей, в то время как LaBTC и Basolite Z205, будучи устойчивыми к одному из растворителей, оказались неустойчивы к другому: Basolite Z205 стал разрушаться через 37 часов в парах ацетона при объемной концентрации 0,9%, а LaBTC – через 7 часов пребывания в парах воды с относительной влажностью 7%.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

В. Симонов

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН (ИФХЭ); Московский инженерно-физический институт

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: simonov.valer@yandex.ru
Ресей, Москва; Москва

А. Фомкин

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН (ИФХЭ)

Email: simonov.valer@yandex.ru
Ресей, Москва

А. Школин

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН (ИФХЭ)

Email: simonov.valer@yandex.ru
Ресей, Москва

И. Меньщиков

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН (ИФХЭ)

Email: simonov.valer@yandex.ru
Ресей, Москва

О. Соловцова

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН (ИФХЭ)

Email: simonov.valer@yandex.ru
Ресей, Москва

М. Князева

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН (ИФХЭ)

Email: simonov.valer@yandex.ru
Ресей, Москва

А. Ширяев

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН (ИФХЭ)

Email: simonov.valer@yandex.ru
Ресей, Москва

Әдебиет тізімі

  1. Jasuja H., Burtch N.C., Huang Y.G. et al. // Langmuir. 2013. V. 29. P. 633.
  2. DeCoste J.B., Peterson G.W., Schindler B.J. et al. // J. Mater. Chem. A. 2013. V. 1. P. 11922.
  3. Low J.J., Benin A.I., Jakubczak P. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2009. V. 131. P. 15834.
  4. Feng L., Wang K.-Y., Day G.S. et al. // Chem. Rev. 2020. V. 120. P. 13087.
  5. Barea E., Montoro C., Navarro J.A.R. // Chem. Soc. Rev. 2014. V. 43. P. 5419.
  6. Lu C., Czanderna A.W. Applications of Piezoelectric Quartz Crystal Microbalances. Amsterdam, NL: Elsevier Science Publishers B.V. 1984.
  7. Rodahl M., Kasemo B. // Review of Scientific Instruments. 1996. V. 67. № 9. P. 3238.
  8. Cooper M.A., Singleton V.T. // J. of Molecular Recognition. 2007. V. 20. № 3. P. 154.
  9. Dixon M.C. // J. of Biomolecular Techniques. 2008. V. 19. № 3. P. 151.
  10. Janshoff A., Galla H.J., Steinem C. // Angewandte Chemie-International Edition. 2000. V. 39. P. 4004.
  11. Becker B., Cooper M.A. // J. of Molecular Recognition. 2011. V. 24. № 5. P. 754.
  12. Ward M.D., Buttry D.A. // Science. 1990. V. 249. P. 1000.
  13. Lack F., Willard G., Fair I. // Bell System Technical Journal 1934. V. 13. P. 453. https://www.thinksrs.com/downloads/pdfs/manuals/QCM200m.pdf
  14. Buttry D.A., Ward M.D. // Chem. Reviews. 1992. V. 92. P. 1355–1379.
  15. Simonov V.N., Vlasov D.A., Fomkin A.A. et al. // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2018. V. 54. P. 609.
  16. Voinova M.V., Rodahl M., Jonson M. et al. // Physica Scripta. 1999. V. 59. P. 391.
  17. Cho N.-J., Frank C.W., Kasemo B. et al. // Nature Protocols. 2010. V. 5. P. 1096.
  18. Reviakine I., Johannsmann D., Richter R.P. // Analytical Chemistry. 2011. V. 83. P. 8838.
  19. Rodahl M., Höök F., Fredriksson C. et al. // Faraday Discussions. 1997. V. 107. P. 229.
  20. Domack A., Prucker O., Rühe J. et al. // Physical Review E. 1997. V. 56. P. 680.
  21. Naranda J., Bracic M., Vogrin M. // J. Funct. Biomater. 2022. V. 13. P. 159.
  22. Alassi A., Benammar M., Brett D. // Sensors. 2017. V. 17. P. 2799.
  23. Burda I. // Chemosensors. 2022. V. 10. P. 262.
  24. Wang L. // Sensors and Actuators A: Physical. 2020. V. 307. P. 111984.
  25. Haghighi E., Zeinali S. // Microporous and Mesoporous Materials. 2020. V. 300. P. 110065.
  26. Liu Y., Fan Y., Hou C. et al. // Inorg. Chem. 2021. V. 60. P. 16370.
  27. Ma Z., Yuan T., Fan Y. et al. // Nanomaterials. 2022. V. 12. P. 4035.
  28. Фомкин А.А., Симонов В.Н. Патент РФ № 2722975. Госреестр изобретений РФ, 05.06.2020.
  29. Simonov V.N., Artamonova S.D., Fomkin A.A. et al. // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2022. V. 58. P. 670.
  30. Mason P., Thurston R.N. Physical Acoustics. Principles and Methods / Edited by Warren. 1964. V. 1. P. 284.
  31. Соловцова О.В., Пулин А.Л., Меньщиков И.Е. и др. // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2019. Т. 56. № 6. С. 570.
  32. Solovtsova O.V., Men’shchikov I.E., Shkolin A.V. et al. // Adsorption Science and Technology. 2022. V. 2022. № 1. P. 1.
  33. Князева М.К., Школин А.В., Гринченко А.Е. и др. Металлорганическая каркасная структура бензолтрикарбоксилата лантана (III) La-BTC и способ её получения / Патент РФ № 2796682.
  34. Knyazeva M.K., Solovtsova O.V., Tsivadze A.Y. et al. // Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2019. V. 64. № 12. P. 1507.
  35. Rao S.S. Vibration of Continuous Systems. J. Wiley and sons. 2019. P. 816.
  36. IEC60444-1:1986. Measurement of quartz crystal unit parameters by zero phase technique in a pi-network – Part 1: Basic method for the measurement of resonance frequency and resonance resistance of quartz crystal units by zero phase technique in a pi-network.
  37. Najam T., Shah S.S.A., Rahman M.M. // Bioremediation for Environmental Sustainability. Toxicity. Mechanisms of Contaminants Degradation, Detoxification, and Challenges. 2021. P. 585.
  38. Li C., Chandresh A., Zhang Z. et al. // Adv. Mater. Interfaces. 2022. V. 9. P. 2101947.
  39. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1988. 732 С.
  40. Biot M.A. // The Journal of the Acoustical Society of America. 1956. V. 28. № 2. P. 168.
  41. Healy C., Patil K.M., Wilson B.H. et al. // Coordination Chemistry Reviews. 2020. V. 419. P. 213388.
  42. Sun Y.-X., Sun W.-Y. // J. Chin. Chem. Lett. 2014. V. 25. P. 823.
  43. Кугаенко О.М., Уварова С.С., Крылов С.А. // Изв. РАН, сер. Физическая. 2012. Т. 76. № 11. С. 1406. https://jbweld.co.za/product/extreme-heat-high-temp-exhaust-paste/ https://www.amazon.com/18854-Mortar-Building-Material-Black /dp / B0006 MX S4C
  44. Al Sharabati M., Sabouni R., Husseini G.A. // Nanomaterials. 2022. V. 12. P. 277.
  45. Hamedi A., Caldera F., Trotta F. et al. // Acta Scientific Pharmaceutical Sciences. 2019. V. 3. P. 96.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Longitudinal oscillation sensor samples with Cu3(BTC)2 MOX fragments.

Жүктеу (307KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Schematics of the formation of AGS of the required concentration (a) and the stand for experiments with one (b) or two (c) sensors. 1 - quartz resonator, 2 - MOX, 3 - vessel, 4 - MIP, 5 - computer, 6 - microsyringe, 7 - solvent under study, 8 - vessel, 9 - lid, 10 - taps.

Жүктеу (151KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Amplitude-frequency response of a pair of sensors connected in parallel.

Жүктеу (53KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Changes in frequency (a) and resistance (b) of the sensor simulator under the influence of acetone vapour.

Жүктеу (147KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. Change in frequency (a) and resistance (b) of the Basolite Z205-based sensor when exposed to acetone vapour on the 1st (black) and 2nd (red) days of testing.

Жүктеу (189KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Change of frequency (a) and resistance (b) of Basolite Z205-based sensor under the influence of acetone vapour.

Жүктеу (154KB)
Метадеректер
8. Fig. 7. View of the RC piezo element (1) with MOX layers remaining on the RC (2) and peeled off (3).

Жүктеу (26KB)
Метадеректер
9. Fig. 8. X-ray diffractogram of Basolite Z205 sample before (red line) and after (green line) exposure to acetone vapour.

Жүктеу (108KB)
Метадеректер
10. Fig. 9. Changes of frequencies and resistances of sensors on MOX structures ZrBDC (blue lines) and LaBTC (red lines) under conditions of exposure to water vapour (solid lines) and under dry nitrogen blowing (dashed line at the end of the curves). (a) - frequency changes before LaBTC fracture, (b) and (c) - frequency and resistance changes, respectively, throughout the test.

Жүктеу (172KB)
Метадеректер
11. Fig. 10. Photographs of the resonator end, on which the LaBTC sample was located, after fracture and delamination. (a) - side view, (b) - top view.

Жүктеу (168KB)
Метадеректер
12. Fig. 11. X-ray diffractogram of LaBTC sample before (blue) and after (black) exposure to water vapour.

Жүктеу (98KB)
Метадеректер
13. Fig. 12. Dependences of frequency change on acetone vapour concentration of sensors on ZrBDC (blue line) and LaBTC.

Жүктеу (69KB)
Метадеректер
14. Fig. 13. Adsorption capacity towards water vapour of Cu3(BTC)2 MOX Cu3(BTC)2 No. 5 (blue line) and No. 6 (red line).

Жүктеу (69KB)
Метадеректер
15. Fig. 14. Dependence of losses on adsorption capacity of Basolite Z205 under the action of acetone vapour (solid line) and under dry nitrogen purging (dashed line at the end of the dependence).

Жүктеу (77KB)
Метадеректер
16. Fig. 15. Dependence of losses on the adsorption capacity a(C) of ZrBDC under the action of water vapour (solid line) and under dry nitrogen purging (dashed line).

Жүктеу (94KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024