Synthèse et caractérisation de monocouches de structure métallo-organique auto-assemblées à l’aide de particules revêtues de polymère

Résumé

Un protocole pour la synthèse et la caractérisation de monocouches de structure métallo-organique auto-assemblées est fourni à l’aide de cristaux de structure métallo-organique (MOF) greffés de polymères. La procédure montre que les particules de MOF greffées de polymère peuvent être auto-assemblées à une interface air-eau, ce qui donne des structures monocouches bien formées, autoportantes, comme en témoigne l’imagerie par microscopie électronique à balayage.

Résumé

Les cadres métallo-organiques (MOF) sont des matériaux ayant des applications potentielles dans des domaines tels que l’adsorption et la séparation de gaz, la catalyse et la biomédecine. Les tentatives visant à améliorer l’utilité des MOF ont impliqué la préparation de divers composites, y compris des MOF greffés à des polymères. En greffant directement des polymères sur la surface externe des MOF, les problèmes d’incompatibilité entre les polymères et les MOF peuvent être surmontés. Les brosses polymères greffées à la surface des MOF peuvent servir à stabiliser le MOF tout en permettant l’assemblage de particules en monocouches de cadre métallo-organique (SAMM) auto-assemblées via des interactions polymère-polymère.

Le contrôle de la composition chimique et du poids moléculaire du polymère greffé peut permettre d’ajuster les caractéristiques SAMM. Dans ce travail, des instructions sont fournies sur la façon d’immobiliser un agent de transfert en chaîne (CTA) sur la surface du MOF UiO-66 (UiO = Universitetet i Oslo). Le CTA sert de sites d’initiation pour la croissance des polymères. Une fois que les chaînes polymères sont développées à partir de la surface du MOF, la formation de SAMM est obtenue par auto-assemblage à une interface air-eau. Les SAMM résultants sont caractérisés et démontrés comme étant autonomes par imagerie par microscopie électronique à balayage. Les méthodes présentées dans cet article devraient rendre la préparation des SAMM plus accessible à la communauté des chercheurs et ainsi élargir leur utilisation potentielle en tant que composite MOF-polymère.

Introduction

Les cadres métallo-organiques (MOF) sont des matériaux cristallins et poreux qui offrent de grandes surfaces tout en étant facilement accordables par des modifications des ligands organiques ou des nœuds métalliques ^1,2. Les MOF sont construits à partir de deux composants : un ligand organique et des ions métalliques (ou amas d’ions métalliques appelés unités de construction secondaires). Les MOF ont été étudiés pour le stockage de produits chimiques (par exemple, les gaz), les séparations, la catalyse, la détection et l’administration de médicaments. Généralement, les MOF sont synthétisés sous forme de poudre....

Protocole

1. Modification de surface de l’UiO-66 avec cat-DDMAT

1. Remplacez le solvant d’UiO-66 du méthanol par de l’eau.
   1. Préparer l’UiO-66 dans du méthanol à une concentration de 20 mg/mL.
      REMARQUE : Selon Wang et ^al.20, l’UiO-66 homogène est lavé avec du DMF et du méthanol après la synthèse, puis stocké à l’état dispersé dans du méthanol.
   2. Transférer les 10 mL de suspension d’UiO-66 dans un tube à centrifuger conique de 15 mL à l’aide d’une pipette.
   3. Effectuer une centrifugation à environ 10 000 × g pendant 10 min, retirer le surnageant et ajouter 10 mL d’eau désionisée (DI).
      REMARQUE :....

Discussion

Il y a plusieurs étapes critiques où une attention particulière aux détails est nécessaire pour synthétiser avec succès des MOF greffés en polymère qui produiront des SAMMs. Tout d’abord, les monomères utilisés dans la polymérisation RAFT sont complétés par des inhibiteurs ou des stabilisants pendant le stockage pour prévenir la polymérisation indésirable (par exemple, l’hydroquinone ou l’éther monométhylique de l’hydroquinone, MEHQ). Pour éliminer ces additifs, une purification par distillati.......

matériels

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