A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
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.
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.
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....
1. שינוי פני השטח של UiO-66 עם cat-DDMAT
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.......
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.......
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).
....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 |
This article has been published
Video Coming Soon
ABOUT JoVE
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved