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
  • Representative Results
  • Discussion
  • 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 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 ?.......

Representative Results

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.......

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

Explore More Articles

MOFsMOFsSAMMsUiO 66CTA

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved