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

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

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%.

Full Text

Restricted Access

About the authors

В. Н. Симонов

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

Author for correspondence.
Email: simonov.valer@yandex.ru
Russian Federation, Москва; Москва

А. А. Фомкин

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

Email: simonov.valer@yandex.ru
Russian Federation, Москва

А. В. Школин

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

Email: simonov.valer@yandex.ru
Russian Federation, Москва

И. Е. Меньщиков

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

Email: simonov.valer@yandex.ru
Russian Federation, Москва

О. В. Соловцова

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

Email: simonov.valer@yandex.ru
Russian Federation, Москва

М. К. Князева

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

Email: simonov.valer@yandex.ru
Russian Federation, Москва

А. А. Ширяев

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

Email: simonov.valer@yandex.ru
Russian Federation, Москва

References

  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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Longitudinal oscillation sensor samples with Cu3(BTC)2 MOX fragments.

Download (307KB)
Indexing metadata
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.

Download (151KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Amplitude-frequency response of a pair of sensors connected in parallel.

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

Download (147KB)
Indexing metadata
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.

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

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

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

Download (108KB)
Indexing metadata
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.

Download (172KB)
Indexing metadata
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.

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

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

Download (69KB)
Indexing metadata
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).

Download (69KB)
Indexing metadata
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).

Download (77KB)
Indexing metadata
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).

Download (94KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».