Síntesis y caracterización de monocapas metal-orgánicas autoensambladas utilizando partículas recubiertas de polímeros

Resumen

Se proporciona un protocolo para la síntesis y caracterización de monocapas de estructura metal-orgánica autoensambladas utilizando cristales de estructura metal-orgánica (MOF) injertados en polímeros. El procedimiento muestra que las partículas de MOF injertadas en polímeros pueden autoensamblarse en una interfaz aire-agua, lo que da como resultado estructuras monocapa independientes y bien formadas, como lo demuestran las imágenes de microscopía electrónica de barrido.

Resumen

Las estructuras metal-orgánicas (MOF) son materiales con aplicaciones potenciales en campos como la adsorción y separación de gases, la catálisis y la biomedicina. Los intentos de mejorar la utilidad de los MOF han implicado la preparación de varios compuestos, incluidos los MOF injertados con polímeros. Al injertar polímeros directamente en la superficie externa de los MOF, se pueden superar los problemas de incompatibilidad entre los polímeros y los MOF. Los cepillos de polímero injertados desde la superficie de los MOF pueden servir para estabilizar el MOF al tiempo que permiten el ensamblaje de partículas en monocapas de marco metal-orgánico (SAMM) autoensambladas a través de interacciones polímero-polímero.

El control sobre la composición química y el peso molecular del polímero injertado puede permitir el ajuste de las características del SAMM. En este trabajo, se proporcionan instrucciones sobre cómo inmovilizar un agente de transferencia de cadena (CTA) en la superficie del MOF UiO-66 (UiO = Universitetet i Oslo). Los CTA sirven como sitios de iniciación para el crecimiento de polímeros. Una vez que las cadenas poliméricas crecen a partir de la superficie MOF, la formación de SAMM se logra a través del autoensamblaje en una interfaz aire-agua. Los SAMM resultantes se caracterizan y se demuestra que son independientes mediante imágenes de microscopía electrónica de barrido. Se espera que los métodos presentados en este artículo hagan que la preparación de SAMM sea más accesible para la comunidad investigadora y, por lo tanto, amplíe su uso potencial como compuesto de polímero MOF.

Introducción

Las estructuras metal-orgánicas (MOF) son materiales cristalinos y porosos que ofrecen grandes áreas de superficie a la vez que son fácilmente sintonizables mediante modificaciones de los ligandos orgánicos o nodos metálicos ^1,2. Los MOF se construyen a partir de dos componentes: un ligando orgánico e iones metálicos (o grupos de iones metálicos denominados unidades de construcción secundarias, SBU). Los MOF se han investigado para el almacenamiento de productos químicos (por ejemplo, gas), separaciones, catálisis, detección y administración de fármacos. Generalmente, los MOF se sintetizan en forma de polvos c....

Protocolo

1. Modificación de la superficie de UiO-66 con cat-DDMAT

1. Cambie el solvente de UiO-66 de metanol por agua.
   1. Prepare UiO-66 en metanol a una concentración de 20 mg/mL.
      NOTA: De acuerdo con Wang et ^al.20, el UiO-66 homogéneo se lava con DMF y metanol después de la síntesis y luego se almacena en un estado disperso en metanol.
   2. Transfiera los 10 mL de suspensión de UiO-66 a un tubo de centrífuga cónico de 15 mL utilizando una pipeta.
   3. Realice la centrifugación a aproximadamente 10.000 × g durante 10 minutos, retire el sobrenadante y agregue 10 ml de agua desionizada (DI).
      NOTA: En....

Discusión

Hay varios pasos críticos en los que se requiere una atención específica a los detalles para sintetizar con éxito MOF injertados con polímeros que producirán SAMM. En primer lugar, los monómeros utilizados en la polimerización RAFT se complementan con inhibidores o estabilizadores durante el almacenamiento para evitar la polimerización no deseada (por ejemplo, hidroquinona o monometil éter de hidroquinona, MEHQ). Para eliminar estos aditivos, se requiere una purificación por destilación antes de su uso

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
2-(dodecylthiocarbonothioylthio)-2-methylpropionic acid (DDMAT)	Sigma-Aldrich	723010	98%
10 mL Single Neck RBF	Chemglass	CG-1506-82	14/20 Outer Joint
Acetone	Fisher Chemical	A18-20	ACS Grade
Allegra X-30R Centrifuge	BECKMAN COULTER	B06320	1.6 L max capacity, 18,000 RPM, 29,756 x g
Analog Vortex Mixer	VWR	10153-838	300 - 3,200 rpm
cat-DDMAT			Prepared according to literature procedure (ref. 17).
Centrifuge Tube, 50 mL / 15 mL	CORNING	430291 / 430766	Conical Bottom with plug seal cap, polypropylene
Chloroform	Fisher Chemical	AC423550040	99.8%
Conventional needles	Becton Dickinson	382903051670	21 G x 1 1/2
Copper wire	Malin Co.		No. 30 B & S GAUGE
Dimethyl Sulfoxide (DMSO)	Fisher Bioreagents	BP231-1	>=99.7%
Disposable Pasteur Pipets	Fisher Scientific	13-678-20C	Borosilicate Glass
Ethanol	KOPTEC	V1001	200 proof ethanol
Glass Scintillation Vial, 20 mL	KIMBIL	74508-20
Graduated Cylinder, 10 mL	KIMBIL	20024-10
Hypodermic Needles	Air-Tite	N224	22 G x 4''
Methanol	Fisher Chemical	A412-20	99.8%
Methyl Acrylate	Aldrich Chemistry	M27301	99%, contains =< 100 ppm monomethyl ether hydroquinone as inhibitor
Micropipette P10 (1 - 10 µL)	GILSON	F144055M	PIPETMAN, Metal Ejector
Micropipette P1000 (100 - 1,000 µL)	GILSON	F144059M	PIPETMAN, Metal Ejector
Micropipette P20 (2 - 20 µL)	GILSON	F144056M	PIPETMAN, Metal Ejector
Microscope cover glass	Fisher Scientific	12542A	18 mm x 18 mm
NN-Dimerhylformamide (DMF)	Fisher Chemical	D119-4	99.8%
Petri Dish, Stackable Lid	Fisher Scientific	FB0875713A	60 mm x 15 mm
Septum Stopper	Chemglass	CG302401	14/20 - 14/35
Stir Bar	Chemglass	CG-2005T-01	Magnetic, PTFE, Turbo, Rare Earth, Elliptical, 10 x 6mm
SuperNuova+ Stirring Hot Plate	Thermo Scientific	SP88857190	50 - 1,500 rpm, 30 - 450 °C
Toluene	Fisher Chemical	T324-4	99.5%
Tris[2-phenylpyridinato-C2,N]iridium(III) (Ir(ppy)3)	Sigma-Aldrich	688096	97%
UiO-66 (120 nm edge length)			Prepared according to literature procedure (ref. 18).
Ultrasonic Cleaner CPX3800H	EMERSON / BRANSON	CPX-952-318R	40 kHz, 5.7 L
Waterproof Flexible LED Strip Light	ALITOVE	ALT-5B300WPBK	16.4 ft 5050 Blue LED