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In Situ Tracking of Wetting‐Front Transient Heat Release on a Surface‐Mounted Metal–Organic Framework
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2021-02-24 , DOI: 10.1002/adma.202006980 Weijin Li 1 , Guang Yang 2 , Alexandros Terzis 3 , Soumya Mukherjee 1 , Chao He 4 , Xingtao An 4 , Jingyi Wu 2 , Bernhard Weigand 5 , Roland A. Fischer 1
Advanced Materials ( IF 27.4 ) Pub Date : 2021-02-24 , DOI: 10.1002/adma.202006980 Weijin Li 1 , Guang Yang 2 , Alexandros Terzis 3 , Soumya Mukherjee 1 , Chao He 4 , Xingtao An 4 , Jingyi Wu 2 , Bernhard Weigand 5 , Roland A. Fischer 1
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Transient heat generation during guest adsorption and host–guest interactions is a natural phenomenon in metal–organic framework (MOF) chemistry. However, in situ tracking of such MOF released heat is an insufficiently researched field due to the fast heat dissipation to the surroundings. Herein, a facile capillary‐driven liquid‐imbibition approach is developed for in situ tracking of transient heat release at the wetting front of surface‐mounted MOFs (SURMOFs) on cellulosic fiber substrates. Spatiotemporal temperature distributions are obtained with infrared thermal imaging for a range of MOF‐based substrates and imbibed liquids. Temperature rises at the wetting front of water and binary mixtures with organic solvents are found to be over 10 K with an ultrafast and distinguishable thermal signal response (<1 s) with a detectable concentration limit ≤1 wt%. As an advancement to the state‐of‐the‐art in trace‐solvent detection technologies, this study shows great prospects for the integration of SURMOFs in future sensor devices. Inspired by this prototypal study, SURMOF‐based transient heat signal transduction is likely to be extended to an ever‐expanding library of SURMOFs and other classes of surface‐grafted porous materials, translating into a wide range of convenient, portable, and ubiquitous sensor devices.
中文翻译：
在表面安装的金属有机框架上对润湿前沿瞬态热释放进行原位跟踪
来宾吸附和主体-客体相互作用过程中产生的瞬态热是金属-有机骨架（MOF）化学中的自然现象。然而，由于向周围环境的快速散热，这种MOF释放热量的原位跟踪是一个研究不足的领域。在此，开发了一种简便的毛细管驱动的液体吸收方法，用于在纤维素纤维基材上表面安装的MOF（SURMOF）的润湿前沿对瞬态热释放进行原位追踪。通过红外热成像获得了基于MOF的各种基材和吸收液体的时空温度分布。发现在水和与有机溶剂的二元混合物的润湿前沿的温度升高超过10 K，并且具有超快和明显的热信号响应（< 1 s）且可检测的浓度极限≤1 wt％。作为对痕量溶剂检测技术的最新发展的一项进步，本研究显示了SURMOF在未来传感器设备中的集成的广阔前景。受此原型研究的启发，基于SURMOF的瞬态热信号转导可能会扩展到SURMOF和其他类型的表面移植多孔材料的不断扩展的库中，从而转化为各种方便，便携式和无所不在的传感器设备。
更新日期：2021-04-08
中文翻译：
在表面安装的金属有机框架上对润湿前沿瞬态热释放进行原位跟踪
来宾吸附和主体-客体相互作用过程中产生的瞬态热是金属-有机骨架（MOF）化学中的自然现象。然而，由于向周围环境的快速散热，这种MOF释放热量的原位跟踪是一个研究不足的领域。在此，开发了一种简便的毛细管驱动的液体吸收方法，用于在纤维素纤维基材上表面安装的MOF（SURMOF）的润湿前沿对瞬态热释放进行原位追踪。通过红外热成像获得了基于MOF的各种基材和吸收液体的时空温度分布。发现在水和与有机溶剂的二元混合物的润湿前沿的温度升高超过10 K，并且具有超快和明显的热信号响应（< 1 s）且可检测的浓度极限≤1 wt％。作为对痕量溶剂检测技术的最新发展的一项进步，本研究显示了SURMOF在未来传感器设备中的集成的广阔前景。受此原型研究的启发，基于SURMOF的瞬态热信号转导可能会扩展到SURMOF和其他类型的表面移植多孔材料的不断扩展的库中，从而转化为各种方便，便携式和无所不在的传感器设备。
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