Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

פרוטוקול לסינתזה ואפיון של חד-שכבות מסגרת מתכתית-אורגנית בהרכבה עצמית מסופק באמצעות גבישי מסגרת מתכת-אורגנית (MOF) מושתלים פולימריים. ההליך מראה כי חלקיקי MOF מושתלים פולימריים ניתנים להרכבה עצמית בממשק אוויר-מים וכתוצאה מכך נוצרים מבנים חד-שכבתיים בנויים היטב, העומדים בפני עצמם, כפי שמעידה הדמיית מיקרוסקופ אלקטרונים סורק.

Abstract

מסגרות מתכת-אורגניות (MOFs) הן חומרים בעלי יישומים פוטנציאליים בתחומים כגון ספיחה והפרדה של גזים, קטליזה וביו-רפואה. ניסיונות לשפר את התועלת של MOFs כללו הכנה של חומרים מרוכבים שונים, כולל MOFs מושתלי פולימר. על ידי השתלה ישירה של פולימרים על פני השטח החיצוניים של MOFs, ניתן להתגבר על בעיות של חוסר תאימות בין פולימרים ו-MOFs. מברשות פולימריות המושתלות מפני השטח של MOFs יכולות לשמש לייצוב ה- MOF תוך מתן אפשרות להרכבת חלקיקים למונושכבות מסגרת מתכת-אורגנית בהרכבה עצמית (SAMMs) באמצעות אינטראקציות פולימר-פולימר.

שליטה על ההרכב הכימי והמשקל המולקולרי של הפולימר המושתל יכולה לאפשר כוונון של מאפייני SAMM. בעבודה זו, ניתנות הוראות כיצד לשתק סוכן העברת שרשרת (CTA) על פני השטח של MOF UiO-66 (UiO = Universitetet i Oslo). ה-CTA משמש כאתרי ייזום לגידול פולימרים. ברגע ששרשראות פולימר גדלות מפני השטח של MOF, היווצרות SAMM מושגת באמצעות הרכבה עצמית בממשק אוויר-מים. ה-SAMM המתקבלים מאופיינים ומוצגים כעצמאיים על ידי סריקת הדמיית מיקרוסקופ אלקטרונים. השיטות המוצגות במאמר זה צפויות להפוך את הכנת SAMM לנגישה יותר לקהילת המחקר ובכך להרחיב את השימוש הפוטנציאלי בהם כחומר מרוכב MOF-פולימר.

Introduction

מסגרות מתכת-אורגניות (MOFs) הן חומרים גבישיים ונקבוביים המציעים שטחי פנים גדולים תוך יכולת קלה להתאמה באמצעות שינויים של הליגנדות האורגניות או צמתי המתכת 1,2. MOFs בנויים משני רכיבים: ליגנד אורגני ויוני מתכת (או אשכולות יונים מתכתיים המכונים יחידות בניין משניות, SBUs). MOFs נחקרו לאחסון כימיקלים (למשל, גז), הפרדות, קטליזה, חישה ואספקת תרופות. בדרך כלל, MOFs מסונתזים בצורה של אבקות גבישיות; עם זאת, כדי להקל על הטיפול ביישומים רבים, ניסוח לתוך גורמי צורה אחרים רצוי אם לא הכרחי 3,4. לדוגמה, ממברנות מטריצה מעורבות (MMM) של MOFs עם פולימרים דווחו כשילוב שימושי במיוחד של MOFs ופולימרים5. עם זאת, במקרים מסוימים, MMM עשויות להיות מגבלות עקב חוסר תאימות/אי התאמה בין MOF ורכיבי פולימר 5,6. לכן, נבחנו אסטרטגיות לשילוב השתלת פולימר ישירות על חלקיקי MOF ליצירת MOFs מושתלי פולימר.

ננו-חלקיקים אנאורגניים ומתכתיים מפגינים התנהגות ייחודית במונחים של תכונות אופטיות, מגנטיות, קטליטיות, ומכניות 7,8. עם זאת, הם נוטים לצבור בקלות לאחר סינתזה, אשר יכול לעכב את יכולת העיבוד שלהם. כדי לשפר את יכולת העיבוד שלהן, ניתן להשתיל שרשראות פולימר על משטח החלקיקים9. ננו-חלקיקים בעלי צפיפות השתלה גבוהה מציעים פיזור ויציבות מצוינים הודות לאינטראקציות אנתלפיות חיוביות בין פולימרים על פני השטח לבין אינטראקציות הדחייה הממסית והאנטרופית בין החלקיקים10. השתלת פולימרים על משטחי חלקיקים יכולה להתבצע באמצעות מגוון אסטרטגיות11. הגישה הפשוטה ביותר היא אסטרטגיית "השתלה לחלקיקים", שבה קבוצות פונקציונליות, כגון תיולים או חומצות קרבוקסיליות, מוצגות בקצות שרשראות פולימר כדי להיקשר ישירות לננו-חלקיק. כאשר קבוצות כימיות משלימות, כגון הידרוקסילים או אפוקסידים, נמצאות על פני השטח של החלקיקים, ניתן להשתיל שרשראות פולימריות על קבוצות אלה באמצעות גישות כימיות קוולנטיות,12,13. שיטת "השתלה מתוך" חלקיקים או שיטת פילמור יזומה על פני השטח כוללת עיגון יוזמים או סוכני העברת שרשרת (CTAs) לפני השטח של ננו-חלקיקים ולאחר מכן גידול שרשראות פולימריות על פני השטח באמצעות פילמור יזום פני השטח. שיטה זו משיגה לעתים קרובות צפיפות השתלה גבוהה יותר מאשר גישת 'השתלה ל'. יתר על כן, השתלה מ מאפשרת סינתזה של קופולימרים בלוקים, ובכך מרחיבה את מגוון המבנים הפולימריים שניתן לשתק על משטח חלקיקים.

דוגמאות להשתלת פולימר על חלקיקי MOF החלו לצוץ, והתמקדו בעיקר בהתקנת אתרי פילמור על הליגנדות האורגניות של MOF. במחקר שפורסם לאחרונה על-ידי Shojaei ועמיתיו, קבוצות ויניל הוצמדו באופן קוולנטי לליגנדות של MOF UiO-66-NH2 מבוסס Zr(IV) (UiO = Universitetet i Oslo, שם ליגנד החומצה הטרפתלית מכיל מרכיב אמינו), ולאחר מכן פילמור מתיל מתקרילט (MMA) ליצירת MOFs מושתלי פולימר עם צפיפות השתלה גבוהה (איור 1A)14. באופן דומה, מצגר ועמיתיו תפקדו את קבוצות האמינים על חלקיקי מעטפת ליבה MOF-5 (הידועים גם כ-IRMOF-3@MOF-5) עם 2-ברומו-איזו-בוטיל קבוצות. באמצעות פילמור שיזמו קבוצות 2-ברומו-איזו-בוטיל הם יצרו פולי(מתיל מתקרילט) (PMMA) מושתל PMMA@IRMOF-3@MOF-515.

בנוסף לתפקוד הליגנד של ה-MOF להשתלה מפילמור, נבדקו גם שיטות חדשות היוצרות אתרים להשתלת פולימר באמצעות תיאום למרכזי המתכת (המכונים SBUs) של ה-MOF. לדוגמה, ליגנד שיכול להיקשר למרכזי מתכת של MOF, כמו למשל קטכול (איור 1B), יכול לשמש לתיאום עם אתרי מתכת חשופים על פני השטח של MOF. באמצעות שימוש בחומר העברת שרשרת מתפקד קטכול (cat-CTA, איור 1B) משטח MOF יכול להיות פונקציונלי ולהתאים להשתלה מפילמור.

לאחרונה, האסטרטגיה הנ"ל לסינתזה של תרכובות פולימר MOFs שימשה גם ליצירת מונושכבות MOFעצמאיות 16,17,18. MOFs כגון UiO-66 ו-MIL-88B-NH2 (MIL = Materials of Institute Lavoisier) עברו תפקוד פני שטח עם pMMA באמצעות אסטרטגיית ליגנד-CTA (איור 1B). חלקיקי ה-MOF שהושתלו בפולימר הורכבו בעצמם בממשק אוויר-מים כדי ליצור מונו-שכבות מסגרת מתכת-אורגנית (SAMMs) התומכות בעצמן ובהרכבה עצמית בעובי של ~250 ננומטר. תכולת הפולימר בחומרים מרוכבים אלה הייתה ~ 20 wt%, מה שמצביע על כך ש- SAMMs הכילו ~ 80 wt% עומס MOF. מחקרי המשך הראו כי פולימרי ויניל שונים יכולים להיות מושתלים על UiO-66 כדי לייצר SAMMs עם מאפיינים שונים19. טכניקות אנליטיות כגון אנליזה תרמו-גרבימטרית (TGA), פיזור אור דינמי (DLS) וכרומטוגרפיית חלחול ג'ל (GPC) שימשו לחישוב גובה מברשת פולימר וצפיפות השתלה של תרכובות פולימר MOF-מושתלות על פני השטח.

כאן מוצגת הכנת SAMMs מ- UiO-66-pMA (pMA = poly(methyl acrylate)). עבור פילמור של מתיל אקרילט (MA), 2-(dodecylthiocarbonothioylthio)-2-methylpropionic acid (DDMAT, איור 1B) משמש כ-CTA19. הפונקציונליות של חלקיקי UiO-66 עם cat-DDMAT חיונית להשתלת pMA. ניתן לסנתז Cat-DDMAT באמצעות הליך אצילציה דו-שלבי מ-CTA זמין מסחרית ודופמין הידרוכלוריד19. כמו כן, חיוני להשתמש בחלקיקי UiO-66 בגודל אחיד ליצירת SAMMs19 מוצלחים; לכן, UiO-66 המשמש במחקר זה הוכן באמצעות שיטת חיבור רציף20. שיטת הפילמור המשמשת ליצירת חלקיקי MOF מושתלים פולימריים היא העברת שרשרת חיבור-פיצול הפיכה פוטואינדומית (RAFT) המתבצעת תחת אור LED כחול (באמצעות פוטוריאקטור שנבנה בתוך הבית, איור 2) עם טריס (2-פנילפירידין)אירידיום (Ir(ppy)3) פוטוקטליסט. פילמור RAFT מעניק פיזור פולימרי צר במיוחד שניתן לשלוט בו היטב. CTA חופשי נכלל במהלך תגובת פילמור מכיוון שהיחס בין חומר העברה למונומר מאפשר שליטה על המשקל המולקולרי במהלך פילמור. כמות סוכן העברת cat-DDMAT על פני השטח של חלקיקי MOF הוא קטן; לכן, עודף CTA חופשי מתווסף ואת כמות מונומר לשימוש מחושב על בסיס כמות CTA חינם נוכח21. לאחר פילמור, הפולימר החופשי המופק מהקריאה לפעולה החופשית מוסר על ידי שטיפה, ומשאיר רק את הפולימר UiO-66-pMA. לאחר מכן, מרוכב זה מפוזר בטולואן בריכוז גבוה ומשמש ליצירת SAMMs בממשק אוויר-מים.

Protocol

1. שינוי פני השטח של UiO-66 עם cat-DDMAT

  1. להחליף את הממס של UiO-66 מתנול עם מים.
    1. הכינו את UiO-66 במתנול בריכוז של 20 מ"ג/מ"ל.
      הערה: על פי Wang et al.20, הומוגני UiO-66 נשטף עם DMF ומתנול לאחר סינתזה ולאחר מכן מאוחסן במצב מפוזר מתנול.
    2. העבר את 10 מ"ל של מתלה UiO-66 לצינור צנטריפוגה חרוטי 15 מ"ל באמצעות פיפטה.
    3. בצע צנטריפוגה בערך 10,000 × גרם במשך 10 דקות, להסיר את supernatant, ולהוסיף 10 מ"ל של מים deionized (DI).
      הערה: במקרים בהם החלקיקים אינם שוקעים לחלוטין בתנאים אלה, ניתן לבצע שלב צנטריפוגה נוסף של 10 דקות.
    4. פזרו מחדש את חלקיקי UiO-66 במים.
      הערה: לפיזור נאות, ייתכן שיהיה צורך להשתמש בסוניקציה ובמערבולות (ניתן להשתמש במהירות מרבית) בטמפרטורת החדר.
    5. צנטריפוגה שוב באותו מצב כמו בשלב 1.1.3., להוסיף 10 מ"ל של מים DI טריים, ולפזר מחדש.
  2. יש להמיס 10 מ"ג של cat-DDMAT ב-5 מ"ל כלורופורם.
    1. שוקלים 10 מ"ג של חתול-DDMAT בבקבוקון של 20 מ"ל.
    2. מוסיפים 5 מ"ל כלורופורם לבקבוקון באמצעות גליל מדורג.
    3. אוטמים את הבקבוקון ומחליקים בטמפרטורת החדר עד לקבלת תמיסה ברורה.
  3. מערבל את פתרון ה- cat-DDMAT עם פתרון UiO-66 למשך 3 דקות.
    1. העבר ברצף את פיזור המים UiO-66 משלב 1.1 ואת תמיסת cat-DDMAT משלב 1.2 לצינור צנטריפוגה חרוטי של 40 מ"ל.
    2. ודא ערבוב מספיק על ידי ערבוב במשך 3 דקות.
  4. מוסיפים 20 מ"ל אתנול לתערובת באמצעות גליל ומנערים לערבוב יסודי.
    הערה: ייתכן שיהיה צורך במערבולות נוספות לצורך ערבוב נכון.
  5. יש להעביר את התערובת לצנטריפוגה, לשטוף ב-40 מ"ל אתנול ולהתפזר ב-10 מ"ל DMSO לאחסון.
    1. צנטריפוגה במשקל של כ-10,000 × גרם למשך 10 דקות, מסירים את הסופרנטנט ומוסיפים 40 מ"ל אתנול טרי.
      הערה: במקרים בהם החלקיקים אינם שוקעים לחלוטין בתנאים אלה, ניתן לבצע שלב צנטריפוגה נוסף של 10 דקות.
    2. סוניק כדי להבטיח פיזור מחדש תקין.
    3. צנטריפוגה שוב באותו מצב כמו בשלב 1.5.1, להוסיף 40 מ"ל של אתנול טרי, ולפזר מחדש.
      הערה: בצנטריפוגה, ניתן לראות כי UiO-66 הלבן המקורי הופך לצהוב חיוור, המאשר את הפונקציונליות עם DDMAT.
    4. לאחר סיבוב נוסף של צנטריפוגה, להוסיף 5 מ"ל של DMSO לצינור.
    5. סוניק את החלקיקים כדי להשיג פיזור מרבי ולהעביר לצינור צנטריפוגה חרוטי 15 מ"ל.
    6. הוסף 5 מ"ל של DMSO טרי לצינור 50 מ"ל כדי לפזר את החלקיקים הנותרים.
    7. העבר את פיזור DMSO בצינור 50 מ"ל לצינור 15 מ"ל כדי לשלב עם פיזור DMSO המקורי.
    8. מערבבים באמצעות מערבולות וסוניקציה, ולאחר מכן מאחסנים את הדגימה.
      הערה: הצבע הצהוב של cat-DDMAT מאפשר תצפית על תפקוד פני השטח באמצעות שינוי בצבע החלקיקים (איור 3)

2. פילמור של מתיל אקרילט מ UiO-66-DDMAT

  1. העבר 2 מ"ל של פיזור UiO-66-DDMAT ב- DMSO לבקבוק בעל תחתית עגולה (RBF) של 10 מ"ל באמצעות פיפטה.
    הערה: אם הפיזור נשמר לתקופה ממושכת, ניתן להפוך אותו שוב לאחיד באמצעות מערבולות וסוניקציה נוספות לפני העברתו ל-RBF.
  2. הוסף את תמיסת מלאי הזרז Ir(ppy)3 ואת תמיסת מלאי DDMAT תוך כדי ערבוב.
    1. הניחו מוט ערבוב בתוך ה-RBF והדקו אותו על צלחת ערבוב.
    2. יש להתחיל ערבוב ולהוסיף 12 μL של תמיסת Ir(ppy)3 (1 מ"ג/מ"ל ב-DMF) באמצעות מיקרופיפטה.
    3. הוסף 0.45 מ"ל של תמיסת מלאי DDMAT (10 מ"ג / מ"ל ב- DMF) באמצעות מיקרופיפטה.
      הערה: תמיסות מלאי Ir(ppy)3 ו-DDMAT הוכנו מראש בריכוזים שלהן ואוחסנו במקרר בקנה מידה של 1-3 מ"ל.
  3. הוסף 1.7 מ"ל של מתיל אקרילט לבקבוקון של 20 מ"ל והמיס אותו ב -2 מ"ל של DMSO טרי באמצעות מיקרופיפטה.
    הערה: ניתן להשתמש בסוניקציה כדי להשיג היווצרות של פתרון הומוגני.
  4. הוסף לאט את התמיסה טיפה לבקבוק התגובה.
  5. מפסיקים לערבב, אוטמים את ה-RBF במחיצה ומורידים את הגז למשך 15 דקות.
    1. הפסיקו לערבב ואטמו היטב את ה-RBF במחיצה.
    2. חבר את המחט הארוכה (בטווח של 21 עד 22G) לסעפת אספקת חנקן.
    3. הכנס את המחט הארוכה דרך המחיצה כדי להגיע לשכבת האוויר הפנימית של RBF.
    4. הכנס מחט קצרה (בטווח של 21 עד 22 גרם) דרך המחיצה כדי ליצור שקע.
    5. פתח את שסתום החנקן והורד את המחט הארוכה לתחתית RBF.
    6. הרם את המחט הארוכה לאחר 15 דקות לשכבת האוויר הפנימית של RBF.
    7. הסר תחילה את המחט הקצרה, ואחריה את המחט הארוכה, כדי לוודא שלא נכנס אוויר חיצוני ל-RBF.
    8. סגור את שסתום החנקן.
  6. התחל את התגובה תחת מקור אור LED כחול (λ = 455 ננומטר).
    1. הניחו פוטוריאקטור LED מובנה לאור כחול על צלחת ערבוב.
      הערה: הפוטוריאקטור נבנה באמצעות פס LED גמיש עמיד למים של 12 וולט (איור 2).
    2. חבר את החשמל, אמת את פליטת האור וכסה את החלק העליון ברדיד אלומיניום כדי למנוע חשיפה מוגזמת לאור כחול.
      הערה: אין לאטום אותו לחלוטין כדי לאפשר לחום שנוצר במהלך פילמור לברוח.
    3. הפעילו מחדש את הבחישה מחדש.
  7. כבה את נורית ה- LED כאשר צמיגות תמיסת התגובה גדלה עד לנקודה שבה כבר לא ניתן לערבב אותה.
  8. מוסיפים עודף אצטון ל-RBF, מדללים את התערובת, ומעבירים לצינור של 50 מ"ל.
    1. הסר את המחיצה מן RBF ולהוסיף אצטון כדי למלא את החלל.
    2. מערבבים כשעה לקבלת תערובת הומוגנית.
    3. מעבירים את התערובת לצינור צנטריפוגה חרוטי 50 מ"ל.
    4. הוסיפו אצטון טרי ל-RBF וערבבו במשך שעה נוספת כדי לאסוף את המוצרים שנותרו.
    5. מעבירים את התערובת ב-RBF לצינור של 50 מ"ל כדי לשלב עם התערובת שנאספה בהתחלה.
  9. ממלאים עד 40 מ"ל באצטון ומערבבים להמסת פולימר חופשי.
  10. שטפו את התערובת עד שלא יתמוסס יותר פולימר חופשי באצטון, ואז החליפו את הממס לטולואן.
    1. לאחר הסרת צנטריפוגה וסופרנאטנט, כוונן את עוצמת הקול ל -40 מ"ל עם אצטון טרי.
    2. לפזר חלקיקים באמצעות סוניקציה ומערבולת, ולאחר מכן סבב נוסף של צנטריפוגה.
    3. חזור על הפעולה עד שלא יתמוסס יותר פולימר חופשי בסופרנטנט.
      הערה: השריית אצטון טרי למשך הלילה לאחר פיזור עשויה להיות שיטה יעילה להקל על שחרור פולימרים ארוכי שרשרת.
  11. לפזר את חלקיקי המוצר ב 10 מ"ל של טולואן.
    1. יש להוסיף 5 מ"ל טולואן למוצר לאחר הסרת סופרנאטנט.
    2. לפזר חלקיקים באמצעות סוניקציה ומערבולת, ולאחר מכן להעביר לצינור צנטריפוגה חרוטי חדש 15 מ"ל.
    3. הוסף טולואן טרי (5 מ"ל) לצינור 50 מ"ל כדי לפזר את החלקיקים שנותרו.
    4. העבר את פיזור הטולואן מצינור 50 מ"ל לצינור 15 מ"ל כדי לשלב עם פיזור הטולואן המקורי.
    5. מערבבים דרך מערבולת וסוניקציה, ואז מאחסנים את הדגימה.
      הערה: UiO-66-pMA מפוזר הומוגנית מתקבל כהשעיה שקופה. (איור 3)

3. הרכבה עצמית של חלקיקים

  1. לאחר הצנטריפוגה, מפזרים את החלקיקים בטולואן לנפח הנמוך מ-20% מהכמות המקורית.
    1. צנטריפוגה את תרחיף החלקיקים המפוזרים בטולואן באותו מצב כמו בשלב 1.1.3.
    2. הסר את supernatant ולהוסיף toluene כדי להשיג נפח הצפה כולל של 1-2 מ"ל.
      הערה: הריכוז המתאים עשוי להשתנות בהתאם לגודל צלחת הפטרי שבה נעשה שימוש, גודל החלקיקים והמשקל המולקולרי של הפולימר.
    3. לפזר לחלוטין את החלקיקים באמצעות סוניקציה.
  2. הכינו צלחת פטרי (קוטר 60 מ"מ) על ידי הוספת מי DI.
  3. יש לזרוק בזהירות כ-10 מיקרוליטר של פיזור הטולואן (שווה ערך לטיפה בודדת) על פני המים של DI.
    הערה: אין להוסיף יותר מטיפה אחת. בעת הוספת הפיזור, ניתן לכוונן את הכלי המשמש לשליטה בגודל הטיפה. גודל הטיפה המתאים עשוי להשתנות בהתאם לגודל צלחת הפטרי, גודל החלקיקים והמשקל המולקולרי של הפולימר.
  4. הניחו מעליו את כיסוי הכלים כדי לאפשר לטולואן להתאדות באיטיות.
  5. לאחר שכל הטולואן על פני השטח התאדה ונוצר קרום חד-שכבתי, הסירו את הכיסוי.
  6. השתמש בלולאה עשויה חוט נחושת כדי להסיר בזהירות חלק monolayer.
    הערה: חוט הנחושת המשמש לגריפה של החד-שכבה צריך להיות מוכן להיות בעל צורה שטוחה, בערך מעגלית.
  7. לאחר אידוי המים הנותרים, ניתן היה להבחין בשכבה חד-שכבתית העומדת בפני עצמה.
  8. כדי להתכונן למדידות תמונה במיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM), גרפו בזהירות את השכבה החד-שכבתית שנוצרה על פני המים באמצעות חתיכת זכוכית דקה.

תוצאות

כאשר MOFs שהושתלו בפולימר מפילים בעדינות על מים מפיזור טולואן מרוכז (כפי שמודגם באיור 4A), נוצרת שכבה חד-שכבתית תוך מספר שניות עם מראה ססגוני. יתר על כן, שימוש בתבנית העשויה מחוט נחושת כדי להרים את השכבה החד-שכבתית הזו ולאחר מכן לייבוש המים המתקבלים מאפשר היווצרות של SAMM העומדים...

Discussion

ישנם מספר שלבים קריטיים שבהם נדרשת תשומת לב ספציפית לפרטים כדי לסנתז בהצלחה MOFs מושתלי פולימר שייצרו SAMMs. ראשית, למונומרים המשמשים בפילמור RAFT מתווספים מעכבים או מייצבים במהלך האחסון כדי למנוע פילמור לא רצוי (למשל, הידרוקינון או אתר מונומתיל של הידרוקינון, MEHQ). כדי להסיר תוספים אלה, טיהור באמ...

Disclosures

למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.

Acknowledgements

מ.ק. נתמך על ידי מענק מהקרן הלאומית למדע, המחלקה לכימיה תחת פרס מס '. CHE-2153240. תמיכה נוספת לחומרים ואספקה ניתנה על ידי מחלקת האנרגיה, המשרד למדעי האנרגיה הבסיסיים, המחלקה למדע והנדסה של חומרים תחת פרס מס '. DE-FG02-08ER46519. הדמיית SEM בוצעה בחלקה בתשתית הננו-טכנולוגית של סן דייגו (SDNI) של סן דייגו, חברה בתשתית הלאומית לננוטכנולוגיה מתואמת, הנתמכת על ידי הקרן הלאומית למדע (ECCS-1542148).

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
2-(dodecylthiocarbonothioylthio)-2-methylpropionic acid (DDMAT)Sigma-Aldrich72301098%
10 mL Single Neck RBFChemglassCG-1506-8214/20 Outer Joint
AcetoneFisher ChemicalA18-20ACS Grade
Allegra X-30R CentrifugeBECKMAN COULTERB063201.6 L max capacity, 18,000 RPM, 29,756 x g
Analog Vortex MixerVWR10153-838300 - 3,200 rpm
cat-DDMATPrepared according to literature procedure (ref. 17).
Centrifuge Tube, 50 mL / 15 mLCORNING430291 / 430766Conical Bottom with plug seal cap, polypropylene
ChloroformFisher ChemicalAC42355004099.8%
Conventional needlesBecton Dickinson38290305167021 G x 1 1/2
Copper wireMalin Co.No. 30 B & S GAUGE
Dimethyl Sulfoxide (DMSO)Fisher BioreagentsBP231-1>=99.7%
Disposable Pasteur PipetsFisher Scientific13-678-20CBorosilicate Glass
EthanolKOPTECV1001200 proof ethanol
Glass Scintillation Vial, 20 mLKIMBIL74508-20
Graduated Cylinder, 10 mLKIMBIL20024-10
Hypodermic NeedlesAir-TiteN22422 G x 4''
MethanolFisher ChemicalA412-2099.8%
Methyl AcrylateAldrich ChemistryM2730199%, contains =< 100 ppm monomethyl ether hydroquinone as inhibitor
Micropipette P10 (1 - 10 µL)GILSONF144055MPIPETMAN, Metal Ejector
Micropipette P1000 (100 - 1,000 µL)GILSONF144059MPIPETMAN, Metal Ejector
Micropipette P20 (2 - 20 µL)GILSONF144056MPIPETMAN, Metal Ejector
Microscope cover glassFisher Scientific12542A18 mm x 18 mm
NN-Dimerhylformamide (DMF)Fisher ChemicalD119-499.8%
Petri Dish, Stackable LidFisher ScientificFB0875713A60 mm x 15 mm
Septum StopperChemglassCG30240114/20 - 14/35
Stir BarChemglassCG-2005T-01Magnetic, PTFE, Turbo, Rare Earth, Elliptical, 10 x 6mm
SuperNuova+ Stirring Hot PlateThermo ScientificSP8885719050 - 1,500 rpm, 30 - 450 °C
TolueneFisher ChemicalT324-499.5%
Tris[2-phenylpyridinato-C2,N]iridium(III) (Ir(ppy)3)Sigma-Aldrich68809697%
UiO-66 (120 nm edge length)Prepared according to literature procedure (ref. 18).
Ultrasonic Cleaner CPX3800HEMERSON / BRANSONCPX-952-318R40 kHz, 5.7 L
Waterproof Flexible LED Strip LightALITOVEALT-5B300WPBK16.4 ft 5050 Blue LED

References

  1. Eddaoudi, M., et al. Systematic design of pore size and functionality in isoreticular mofs and their application in methane storage. Science. 295, 469-472 (2002).
  2. Yaghi, O. M., et al. Reticular synthesis and the design of new materials. Nature. 423, 705-714 (2003).
  3. Kitao, T., Zhang, Y., Kitagawa, S., Wang, B., Uemura, T. Hybridization of mofs and polymers. Chem Soc Rev. 46 (11), 3108-3133 (2017).
  4. Kalaj, M., et al. Mof-polymer hybrid materials: From simple composites to tailored architectures. Chem Rev. 120 (16), 8267-8302 (2020).
  5. Lin, R., Villacorta Hernandez, B., Ge, L., Zhu, Z. Metal organic framework based mixed matrix membranes: An overview on filler/polymer interfaces. J Mater Chem A. 6 (2), 293-312 (2018).
  6. Semino, R., Moreton, J. C., Ramsahye, N. A., Cohen, S. M., Maurin, G. Understanding the origins of metal-organic framework/polymer compatibility. Chem Sci. 9 (2), 315-324 (2018).
  7. Daniel, M. -. C., Astruc, D. Gold nanoparticles: Assembly, supramolecular chemistry, quantum-size-related properties, and applications toward biology, catalysis, and nanotechnology. Chem Rev. 104, 293-346 (2004).
  8. Zhou, J., Yang, Y., Zhang, C. Y. Toward biocompatible semiconductor quantum dots: From biosynthesis and bioconjugation to biomedical application. Chem Rev. 115 (21), 11669-11717 (2015).
  9. Chancellor, A. J., Seymour, B. T., Zhao, B. Characterizing polymer-grafted nanoparticles: From basic defining parameters to behavior in solvents and self-assembled structures. Anal Chem. 91 (10), 6391-6402 (2019).
  10. Wright, R. A., Wang, K., Qu, J., Zhao, B. Oil-soluble polymer brush grafted nanoparticles as effective lubricant additives for friction and wear reduction. Angew Chem Int Ed. 55 (30), 8656-8660 (2016).
  11. Pastore, V. J., Cook, T. R. Coordination-driven self-assembly in polymer-inorganic hybrid materials. Chem Mater. 32 (9), 3680-3700 (2020).
  12. Chiu, J. J., Kim, B. J., Kramer, E. J., Pine, D. J. Control of nanoparticle location in block copolymers. J Am Chem Soc. 127, 5036-5037 (2005).
  13. Zubarev, E. R., Xu, J., Sayyad, A., Gibson, J. D. Amphiphilic gold nanoparticles with v-shaped arms. J Am Chem Soc. 128 (15), 4958-4959 (2006).
  14. Molavi, H., Shojaei, A., Mousavi, S. A. Improving mixed-matrix membrane performance via pmma grafting from functionalized nh2-uio-66. J Mater Chem. A. 6 (6), 2775-2791 (2018).
  15. Mcdonald, K. A., Feldblyum, J. I., Koh, K., Wong-Foy, A. G., Matzger, A. J. Polymer@mof@mof: "Grafting from" atom transfer radical polymerization for the synthesis of hybrid porous solids. Chem Commun. 51 (60), 11994-11996 (2015).
  16. Barcus, K., Cohen, S. M. Free-standing metal-organic framework (mof) monolayers by self-assembly of polymer-grafted nanoparticles. Chem Sci. 11 (32), 8433-8437 (2020).
  17. Xiao, J., et al. Photoswitchable nanoporous metal-organic framework monolayer film for light-gated ion nanochannel. ACS Appl Nano Mater. 6 (4), 2813-2821 (2023).
  18. Xiao, J., et al. Self-assembled nanoporous metal-organic framework monolayer film for osmotic energy harvesting. Adv Funct Mater. 34 (2), 2307996 (2024).
  19. Barcus, K., Lin, P. A., Zhou, Y., Arya, G., Cohen, S. M. Influence of polymer characteristics on the self-assembly of polymer-grafted metal-organic framework particles. ACS Nano. 16 (11), 18168-18177 (2022).
  20. Wang, X. G., Cheng, Q., Yu, Y., Zhang, X. Z. Controlled nucleation and controlled growth for size predicable synthesis of nanoscale metal-organic frameworks (mofs): A general and scalable approach. Angew Chem Int Ed. 57 (26), 7836-7840 (2018).
  21. Moad, C. L., Mood, G. Fundamentals of reversible addition-fragmentation chain transfer (raft). Chem Teach Int. 3 (2), 3-17 (2021).
  22. Van Keulen, H., Mulder, T. H. M., Goedhart, M. J., Verdonk, A. H. Teaching and learning distillation in chemistry laboratory courses. J Res Sci Teach. 32 (7), 715-734 (2006).
  23. Pérez, L. D., Giraldo, L. F., Brostow, W., López, B. L. Poly(methyl acrylate) plus mesoporous silica nanohybrids: Mechanical and thermophysical properties. e-poly. 7 (1), 29 (2007).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

MOFsMOFsSAMMsUiO 66CTA

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved