סינתזה ואפיון של חד-שכבות מסגרת מתכת-אורגנית בהרכבה עצמית באמצעות חלקיקים מצופים פולימר

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 שימ....

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 ?.......

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.......

Materials

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