Functionalization of Monolithic MOF Thin Films with Hydrocarbon Chains to Achieve Superhydrophobic Surfaces with Tunable Water Adhesion Strength

表面改性 材料科学 粘附 机械强度 纳米技术 薄膜 碳氢化合物 化学工程 复合材料 化学 有机化学 工程类
作者
Evgenia Bogdanova,Modan Liu,Patrick Hodapp,Angana Borbora,Wolfgang Wenzel,Stefan Braese,A. Jung,Zheqin Dong,Pavel A. Levkin,Uttam Manna,Tawheed Hashem,Christof Wöll
出处
期刊:Materials horizons [Royal Society of Chemistry]
被引量:7
标识
DOI:10.1039/d4mh00899e
摘要

While the accessible pores render an enormous variety of functionalities to the bulk of metal-organic frameworks (MOFs), the outer surfaces exposed by these crystalline materials also offer unique characteristics not available when using conventional substrates. By grafting hydrocarbon chains to well-defined MOF thin films (SURMOFs) prepared using layer-by-layer methods, we were able to fabricate superhydrophobic substrates with static water contact angles over 160°. A detailed theoretical modelling of the hydrocarbon chains grafted on the outer SURMOF surface with well-defined spacing between anchoring points reveals that the grafted hydrocarbon chains behave similarly to polymer brushes during wetting, where conformational entropy is traded with mixing entropy. The chains are coiled and can access many different conformations, as evidenced directly by infrared spectroscopy. The entropic contributions from the coiled state lead to a pronounced reduction of the surface free energy, rendering superhydrophobic properties to the functionalized SURMOFs. On the other side, the water adhesion strength could be decreased by increasing the surface roughness on the nanometer scale.
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