Síntese e caracterização de monocamadas de estrutura metal-orgânica automontadas usando partículas revestidas com polímero

Summary

Um protocolo para a síntese e caracterização de monocamadas de estrutura metal-orgânica automontadas é fornecido usando cristais de estrutura metal-orgânica (MOF) enxertados com polímero. O procedimento mostra que as partículas MOF enxertadas com polímero podem ser automontadas em uma interface ar-água, resultando em estruturas monocamada bem formadas e independentes, conforme evidenciado por imagens de microscopia eletrônica de varredura.

Abstract

Estruturas metal-orgânicas (MOFs) são materiais com aplicações potenciais em áreas como adsorção e separação de gases, catálise e biomedicina. As tentativas de aumentar a utilidade dos MOFs envolveram a preparação de vários compósitos, incluindo MOFs enxertados com polímero. Ao enxertar polímeros diretamente na superfície externa dos MOFs, os problemas de incompatibilidade entre polímeros e MOFs podem ser superados. As escovas de polímero enxertadas da superfície dos MOFs podem servir para estabilizar o MOF, permitindo a montagem de partículas em monocamadas de estrutura metal-orgânica automontadas (SAMMs) por meio de interações polímero-polímero.

O controle sobre a composição química e o peso molecular do polímero enxertado pode permitir o ajuste das características do SAMM. Neste trabalho, são fornecidas instruções sobre como imobilizar um agente de transferência de cadeia (CTA) na superfície do MOF UiO-66 (UiO = Universitetet i Oslo). O CTA serve como locais de iniciação para o crescimento de polímeros. Uma vez que as cadeias poliméricas são cultivadas a partir da superfície do MOF, a formação de SAMMs é alcançada por meio da automontagem em uma interface ar-água. Os SAMMs resultantes são caracterizados e mostrados como independentes por imagens de microscopia eletrônica de varredura. Espera-se que os métodos apresentados neste artigo tornem a preparação de SAMMs mais acessível à comunidade de pesquisa e, assim, expandam seu uso potencial como um compósito de polímero MOF.

Introduction

As estruturas metal-orgânicas (MOFs) são materiais cristalinos e porosos que oferecem grandes áreas de superfície enquanto são facilmente ajustáveis por meio de modificações dos ligantes orgânicos ou nós metálicos ^1,2. Os MOFs são construídos a partir de dois componentes: um ligante orgânico e íons metálicos (ou aglomerados de íons metálicos chamados de unidades de construção secundárias, SBUs). Os MOFs foram investigados quanto ao armazenamento de produtos químicos (por exemplo, gás), separações, catálise, sensoriamento e administração de medicamentos. Geralmente, os MOFs são sintetizados na forma de pós cris....

Protocol

1. Modificação de superfície de UiO-66 com cat-DDMAT

1. Troque o solvente de UiO-66 do metanol por água.
   1. Preparar UiO-66 em metanol na concentração de 20 mg/ml.
      NOTA: De acordo com Wang et ^al.20, o UiO-66 homogêneo é lavado com DMF e metanol após a síntese e, em seguida, armazenado em um estado disperso em metanol.
   2. Transfira os 10 mL de suspensão UiO-66 para um tubo de centrífuga cônico de 15 mL usando uma pipeta.
   3. Realize a centr.......

Discussion

Existem várias etapas críticas em que é necessária atenção específica aos detalhes para sintetizar com sucesso MOFs enxertados com polímero que produzirão SAMMs. Primeiro, os monômeros utilizados na polimerização RAFT são suplementados com inibidores ou estabilizadores durante o armazenamento para evitar polimerização indesejada (por exemplo, hidroquinona ou éter monometílico de hidroquinona, MEHQ). Para remover esses aditivos, é necessária a purificação por destilação antes do uso

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